DE102017103560A1 - Internal combustion engine and method for the regeneration of a particulate filter in the exhaust passage of an internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine and method for the regeneration of a particulate filter in the exhaust passage of an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, in dessen Abgasanlage ein Drei-Wege-Katalysator und ein Partikelfilter angeordnet sind. Dabei ist die Abgasanlage über eine Niederdruck-Abgasrückführung mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors verbunden. Wird ein kritischer Beladungszustand des Partikelfilters bei gleichzeitig hoher Bauteiltemperatur des Partikelfilters festgestellt, kann ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors zu einem unkontrollierten Rußabbrand auf dem Partikelfilter führen. Um dies zu vermeiden, wird zum Bauteilschutz des Partikelfilters eine Abgasklappe geschlossen und ein Abgasrückführungsventil geöffnet, sodass das Abgas in den Ansaugtrakt zurückgeführt wird und der Verbrennungsmotor auch im Schubbetrieb ein im Wesentlichen stöchiometrisches Abgas liefert, sodass ein unkontrollierter Rußabbrand auf dem Partikelfilter vermieden wird

Figure DE102017103560A1_0000
The invention relates to an internal combustion engine, in whose exhaust system a three-way catalyst and a particle filter are arranged. The exhaust system is connected via a low-pressure exhaust gas recirculation with the intake of the engine. If a critical load condition of the particulate filter is detected with a high component temperature of the particulate filter, a coasting operation of the internal combustion engine can lead to an uncontrolled Rußabbrand on the particulate filter. In order to avoid this, an exhaust gas flap is closed for component protection of the particulate filter and an exhaust gas recirculation valve is opened, so that the exhaust gas is returned to the intake and the engine delivers a substantially stoichiometric exhaust gas in overrun, so that uncontrolled Rußabbrand on the particulate filter is avoided
Figure DE102017103560A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Regeneration eines in einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters.The invention relates to an internal combustion engine and to a method for regenerating a particle filter arranged in an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine.

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.The continuous tightening of the exhaust emission legislation places high demands on the vehicle manufacturers, which are solved by appropriate measures for the reduction of the engine raw emissions and by a corresponding exhaust aftertreatment. With the introduction of the legislative level EU6, a limit value for gasoline engines is prescribed for a number of particles, which in many cases necessitates the use of an Otto particle filter. When driving, such a gasoline particulate filter is loaded with soot. So that the exhaust gas backpressure does not increase too much, this Otto particle filter must be regenerated continuously or periodically. The increase in the exhaust back pressure can lead to an increase in consumption of the internal combustion engine, loss of power and impairment of smoothness to misfires. In order to carry out a thermal oxidation of the soot retained in the Otto particle filter with oxygen, a sufficiently high temperature level in conjunction with simultaneously existing oxygen in the exhaust system of the gasoline engine is necessary. Since modern gasoline engines are normally operated without oxygen surplus with a stoichiometric combustion air ratio (λ = 1), additional measures are required. These come as measures, for example, a temperature increase by a Zündwinkelverstellung, a temporary lean adjustment of the gasoline engine, the injection of secondary air into the exhaust system or a combination of these measures in question. An ignition angle adjustment in the direction of late in combination with a lean adjustment of the gasoline engine is preferably used so far, since this method requires no additional components and can deliver a sufficient amount of oxygen in most operating points of the gasoline engine.

Es treten bei einem Ottopartikelfilter aber auch Beladungszustände auf, in denen eine unkontrollierte Durchströmung des Ottopartikelfilters mit Sauerstoff nicht erwünscht ist. Erreicht das Beladungsniveau des Ottopartikelfilters ein kritisches Maß, kann beispielsweise eine Schubphase des Verbrennungsmotors zusammen mit einer hohen Temperatur des Ottopartikelfilters zu einem unkontrollierten Rußabbrand auf dem Ottopartikelfilter führen. Dabei können durch die exotherme Oxidation der Rußpartikel so hohe Temperaturen auf der Bauteiloberfläche des Ottopartikelfilters entstehen, dass es zu thermischen Schädigungen des Ottopartikelfilters kommen kann. Daher kann es erforderlich sein, in bestimmten Betriebssituationen den Sauerstoffeintrag in den Ottopartikelfilter zu reduzieren oder gänzlich zu unterbinden.In the case of an Otto-particle filter, however, loading conditions also occur in which an uncontrolled flow through the Otto-particle filter with oxygen is undesirable. If the loading level of the Otto particle filter reaches a critical level, for example, a coasting phase of the internal combustion engine, together with a high temperature of the Otto particle filter, can lead to an uncontrolled Rußabbrand on the Ottopartikelfilter. The exothermic oxidation of the soot particles can cause such high temperatures on the component surface of the Otto particle filter that thermal damage to the Otto particle filter can occur. It may therefore be necessary to reduce or completely eliminate the oxygen input into the Otto particle filter in certain operating situations.

Aus der DE 10 2010 039 013 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgaskanal eines Ottomotors bekannt, wobei im Abgaskanal stromabwärts des Partikelfilters ein Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass während der Regeneration des Partikelfilters mittels einer Lambdaregelung mit einer Lambdasonde stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators ein stöchiometrisches Abgas eingeregelt wird. Dazu wird bei Erkennen eines Sauerstoffüberschusses stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators das Verbrennungsluftverhältnis in Richtung fett verstellt und insbesondere in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors ein ungefeuerter Betrieb des Verbrennungsmotors unterdrückt.From the DE 10 2010 039 013 A1 For example, a method and a device for the regeneration of a particulate filter in an exhaust gas passage of a gasoline engine are known, wherein a three-way catalytic converter is arranged in the exhaust gas passage downstream of the particulate filter. It is provided that during the regeneration of the particulate filter by means of a lambda control with a lambda probe downstream of the three-way catalyst, a stoichiometric exhaust gas is adjusted. For this purpose, upon detection of an excess of oxygen downstream of the three-way catalytic converter, the combustion air ratio is adjusted in the direction of a rich direction and, in particular, in a coasting operation of the internal combustion engine, an unfired operation of the internal combustion engine is suppressed.

Aus der DE 10 2010 046 896 A1 sind ein System und ein Verfahren zur Regeneration eines von einem Katalysator begleiteten Partikelfilter in einem Abgaskanal eines Ottomotors bekannt, wobei der Abgaskanal stromabwärts eines Drei-Wege-Katalysators und eines Partikelfilters über eine Niederdruck-Abgasrückführung mit dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters eines Turboladers verbunden ist. Dabei ist der Drei-Wege-Katalysator im Abgaskanal stromabwärts des Partikelfilters angeordnet, um auch während der Regeneration des Partikelfilters eine effiziente Abgasreinigung durch den Drei-Wege-Katalysator zu ermöglichen.From the DE 10 2010 046 896 A1 For example, a system and method for regenerating a catalyst-accompanied particulate filter in an exhaust passage of a gasoline engine is known, wherein the exhaust passage downstream of a three-way catalyst and a particulate filter via a low-pressure exhaust gas recirculation is connected to the intake passage upstream of the compressor of a turbocharger. In this case, the three-way catalyst in the exhaust passage downstream of the particulate filter is arranged to allow during the regeneration of the particulate filter efficient exhaust gas purification by the three-way catalyst.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen unkontrollieren Rußabbrand auf dem Partikelfilter während eines Schubbetrieb des Verbrennungsmotors zu verhindern, wobei die Nachteile eines gefeuerten Schubbetriebs, insbesondere der erhöhte Kraftstoffverbrauch und die geringere Motorbremsleistung, überwunden werden.The object of the invention is to prevent an uncontrolled Rußabbrand on the particulate filter during a coasting operation of the internal combustion engine, the disadvantages of a fired overrun operation, in particular the increased fuel consumption and the lower engine braking performance are overcome.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage gelöst, wobei das Luftversorgungssystem mindestens eine erste Drosselklappe aufweist, mit der eine Luftzufuhr zu den Brennräumen des Verbrennungsmotors gesteuert werden kann, wobei die Abgasanlage mindestens einen Drei-Wege-Katalysator und einen Partikelfilter umfasst, sowie mit einer Abgasrückführungsleitung, welche die Abgasanlage stromabwärts zumindest einer der Abgasnachbehandlungskomponenten mit dem Luftversorgungssystem stromaufwärts zumindest einer Drosselklappe verbindet, und wobei in der Abgasanlage stromabwärts einer Verzweigungsstelle, an der die Abgasrückführungsleitung aus der Abgasanlage gespeist wird, eine Abgasklappe angeordnet ist. Durch die Abgasklappe kann das Abgas des Verbrennungsmotors dem Ansaugkanal des Verbrennungsmotors zugeführt werden, wodurch eine Zirkulation des Abgases möglich ist. Dadurch kann in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors verhindert werden, dass sauerstoffreiche Frischluft dem Partikelfilter in der Abgasanlage zugeführt wird. Dadurch kann ein unkontrollierter Rußabbrand auf dem Partikelfilter verhindert werden, wodurch die Gefahr einer thermischen Schädigung des Partikelfilters deutlich reduziert wird.According to the invention, this object is achieved by an internal combustion engine having an air supply system and an exhaust system, wherein the air supply system has at least one first throttle valve, with which an air supply to the combustion chambers of the internal combustion engine can be controlled, wherein the exhaust system at least a three-way catalyst and a particulate filter includes, and with an exhaust gas recirculation line, which connects the exhaust system downstream of at least one of the exhaust aftertreatment components with the air supply system upstream of at least one throttle, and wherein in the exhaust system downstream of a branch point at which the exhaust gas recirculation line is fed from the exhaust system, an exhaust valve is arranged. Through the exhaust valve, the exhaust gas of the internal combustion engine can be supplied to the intake passage of the internal combustion engine, whereby a circulation of the exhaust gas is possible. This can be prevented in a coasting operation of the internal combustion engine that oxygen-rich fresh air is supplied to the particulate filter in the exhaust system. As a result, an uncontrolled Rußabbrand be prevented on the particulate filter, whereby the risk of thermal damage to the particulate filter is significantly reduced.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors möglich.The features listed in the dependent claims advantageous improvements and developments of the specified in the independent claim exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine are possible.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Luftversorgungssystem ein Verdichter und in der Abgasanlage eine Turbine eines Turboladers angeordnet sind, wobei die Abgasrückführungsleitung als Niederdruck-Abgasrückführung ausgebildet ist und die Abgasanlage stromabwärts der Turbine mit dem Luftversorgungssystem stromaufwärts des Verdichters verbindet. Durch eine Niederdruck-Abgasrückführung, bei der das Abgas dem Ansaugtrakt stromaufwärts des Verdichters zugeführt wird, ist auch bei geringen Abgasvolumina ein hinreichendes Spülgefälle vorhanden, um das Abgas über die Abgasrückführungsleitung dem Luftversorgungssystem zuzuführen. Durch ein Schließen der Abgasklappe kann dieses Spülgefälle noch vergrößert werden, da der Druck im Abgaskanal stromaufwärts der Abgasklappe dann ansteigt, sodass eine Zufuhr des Abgases auch stromaufwärts der ersten Drosselklappe in den Abschnitt des Ansaugtraktes möglich ist, in dem der Druck im Wesentlichen bei Umgebungsdruck liegt.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that in the air supply system a compressor and in the exhaust system, a turbine of a turbocharger are arranged, wherein the exhaust gas recirculation line is designed as low-pressure exhaust gas recirculation and connects the exhaust system downstream of the turbine with the air supply system upstream of the compressor. By means of a low-pressure exhaust gas recirculation, in which the exhaust gas is supplied to the intake tract upstream of the compressor, a sufficient scavenging gradient is present even at low exhaust gas volumes to supply the exhaust gas via the exhaust gas recirculation line to the air supply system. By closing the exhaust flap, this purging gradient can be increased, since the pressure in the exhaust passage upstream of the exhaust valve then increases, so that a supply of the exhaust gas is also possible upstream of the first throttle in the portion of the intake in which the pressure is substantially at ambient pressure ,

Gemäß einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Luftversorgungssystem stromaufwärts einer Einleitstelle der Abgasrückführungsleitung eine weitere Drosselklappe angeordnet ist. Durch eine weitere Drosselklappe in dem Luftversorgungssystem stromaufwärts der Einleitstelle kann der Druck in dem Luftversorgungssystem abgesenkt werden, wodurch im Ansaugtrakt stromabwärts dieser weiteren Drosselklappe ein Unterdruck entsteht. Dadurch kann das Spülgefälle zwischen dem Abgaskanal und dem Luftversorgungssystem verstärkt werden, sodass die Zirkulation von Abgas durch die Abgasrückführungsleitung begünstigt wird.According to a further improvement of the invention it is provided that in the air supply system upstream of a discharge point of the exhaust gas recirculation line, a further throttle valve is arranged. By a further throttle in the air supply system upstream of the discharge point, the pressure in the air supply system can be lowered, whereby a negative pressure is created in the intake tract downstream of this further throttle valve. Thereby, the scavenging gradient between the exhaust passage and the air supply system can be increased, so that the circulation of exhaust gas through the exhaust gas recirculation line is favored.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn in der Abgasrückführungsleitung ein Abgaskühler angeordnet ist. Durch einen Abgaskühler kann im Normalbetrieb des Motors bei geöffnetem Abgasrückführungsventil die Verbrennungstemperatur abgesenkt werden, wodurch die Rohemissionen des Verbrennungsmotors positiv beeinflusst werden können.It is particularly preferred if an exhaust gas cooler is arranged in the exhaust gas recirculation line. By means of an exhaust gas cooler, the combustion temperature can be lowered during normal operation of the engine when the exhaust gas recirculation valve is open, as a result of which the raw emissions of the internal combustion engine can be positively influenced.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sowohl der Drei-Wege-Katalysator als auch der Partikelfilter in einer motornahen Position in der Abgasanlage angeordnet sind und die Verzweigungsstelle stromabwärts beider Abgasnachbehandlungskomponenten liegt. Durch eine motornahe Anordnung sowohl des Partikelfilters als auch des Drei-Wege-Katalysators ist ein besonders schnelles Aufheizen der beiden Abgasnachbehandlungskomponenten nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors möglich. Unter einer motornahen Anordnung ist in diesem Zusammenhang eine Anordnung mit einem Abstand von weniger als 80 cm, vorzugsweise von weniger als 50 cm Abgaslauflänge, ab einem Auslass des Verbrennungsmotors zu verstehen. Zudem besteht während einer Zirkulation des Abgases durch die Abgasrückführungsleitung bei geschlossener Abgasklappe nicht die Gefahr, dass der Drei-Wege-Katalysator unter seine Light-Off-Temperatur abkühlt, sodass auch nach Beendigung der Bauteilschutzmaßnahme und nach einem darauffolgenden Öffnen der Abgasklappe gewährleistet ist, dass eine effiziente Konvertierung der Abgaskomponenten durch den Drei-Wege-Katalysator möglich ist.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that both the three-way catalytic converter and the particulate filter are arranged in a position close to the engine in the exhaust system and the branch point lies downstream of both exhaust gas after-treatment components. By a close-coupled arrangement of both the particulate filter and the three-way catalyst is a particularly rapid heating of the two exhaust aftertreatment components after a cold start of the engine possible. Under a close-coupled arrangement in this context is an arrangement with a distance of less than 80 cm, preferably less than 50 cm exhaust run length, to be understood from an outlet of the internal combustion engine. In addition, during a circulation of the exhaust gas through the exhaust gas recirculation line with the exhaust valve closed, there is no risk that the three-way catalyst cools below its light-off temperature, so that even after completion of the component protection measure and after a subsequent opening of the exhaust valve is ensured that An efficient conversion of the exhaust gas components by the three-way catalyst is possible.

Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass eine erste Abgasnachbehandlungskomponente in der Abgasanlage stromaufwärts der Verzweigung und eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente stromabwärts der Verzweigung angeordnet ist. Dadurch ergeben sich weitere Freiheitsgrade bei der Anordnung der Abgasnachbehandlungskomponenten, so kann insbesondere ein motornaher Partikelfilter mit einer Drei-Wege-katalytisch wirksamen Beschichtung mit einem Drei-Wege-Katalysator in einer Unterbodenlage des Kraftfahrzeuges kombiniert werden. Somit wird zusätzliches Katalysatorvolumen zur Verfügung gestellt, sodass auch bei einer Alterung des Katalysators und einer damit verbundenen Verringerung der Konvertierungsleistung immer noch eine effiziente Abgasnachbehandlung des Abgases des Verbrennungsmotors möglich ist.Alternatively, it is advantageously provided that a first exhaust aftertreatment component is arranged in the exhaust system upstream of the branch and a second exhaust aftertreatment component downstream of the branch. This results in further degrees of freedom in the arrangement of the exhaust aftertreatment components, so in particular a close-coupled particle filter can be combined with a three-way catalytically active coating with a three-way catalyst in a bottom layer of the motor vehicle. Thus, additional catalyst volume is provided, so that even with aging of the catalyst and a concomitant reduction in the conversion efficiency, an efficient exhaust aftertreatment of the exhaust gas of the internal combustion engine is still possible.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die erste Abgasnachbehandlungskomponente ein Partikelfilter ist und die Abgasklappe stromabwärts der Verzweigung und stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators angeordnet ist. Dabei wird der Partikelfilter von dem zirkulierenden Abgas durchströmt und auf einer Temperatur gehalten, um anschließend an den Schubbetrieb bei einem gefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors eine Regeneration des Partikelfilters zu ermöglichen und ein starkes Abkühlen unter die Regenerationstemperatur zu verhindern.It is particularly preferred if the first exhaust aftertreatment component is a particle filter and the exhaust valve is disposed downstream of the branch and downstream of the three-way catalyst. In this case, the particle filter is flowed through by the circulating exhaust gas and kept at a temperature, in order subsequently to allow the overrun operation in a fired operation of the internal combustion engine, a regeneration of the particulate filter and to prevent a strong cooling below the regeneration temperature.

Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die erste Abgasnachbehandlungskomponente ein Drei-Wege-Katalysator ist und die Abgasklappe stromabwärts der Verzweigung und stromabwärts des Partikelfilters angeordnet ist. Durch eine Abgasklappe stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators und stromabwärts des Partikelfilters können beide Abgasnachbehandlungskomponenten auch im Schubbetrieb bei geschlossener Abgasklappe auf Temperatur gehalten werden, um in einem nachfolgenden Normalbetrieb eine effiziente Konvertierung der Schadstoffe zu ermöglichen oder die Regeneration des Partikelfilters zu erleichtern. Durch die Entkopplung von der Frischluftversorgung kann die Gefahr eines unkontrollierten Rußabbrandes auf dem Partikelfilter drastisch gesenkt werden, da dieser bei geschlossener Abgasklappe nur noch durch einen Abgasstrom mit sehr geringem Sauerstoffgehalt durchströmt wird. Alternativ kann der Partikelfilter auch stromabwärts der Abgasklappe angeordnet sein, wobei durch das Schließen der Abgasklappe der Partikelfilter im Wesentlichen von dem Abgasstrom entkoppelt wird. In dieser Konstellation wird der Partikelfilter lediglich durch die Blow-By-Gase durchströmt, welche die Abgasklappe passieren. Zudem weist dieser geringe Abgasstrom dann auch noch ein im Wesentlichen stöchiometrisches Abgas auf, sodass es zu keinem nennenswerten Rußumsatz auf dem Partikelfilter kommt.Alternatively, it is advantageously provided that the first exhaust aftertreatment component is a three-way catalyst and the exhaust valve downstream of the branch and downstream of the Particle filter is arranged. By means of an exhaust gas flap downstream of the three-way catalytic converter and downstream of the particulate filter, both exhaust aftertreatment components can be kept at temperature even in overrun with the exhaust valve closed, in order to enable efficient conversion of the pollutants or to facilitate the regeneration of the particulate filter in a subsequent normal operation. Due to the decoupling of the fresh air supply, the risk of uncontrolled Rußabbrandes on the particulate filter can be drastically reduced because it is flowed through with the exhaust flap closed only by an exhaust stream with very low oxygen content. Alternatively, the particulate filter can also be arranged downstream of the exhaust gas flap, wherein the closing of the exhaust gas flap of the particulate filter is decoupled from the exhaust gas flow substantially. In this constellation, the particle filter is only flowed through by the blow-by gases that pass through the exhaust flap. In addition, this low exhaust gas flow then also has a substantially stoichiometric exhaust gas, so that there is no significant soot turnover on the particulate filter.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Regeneration des Partikelfilters in einer Abgasanlage eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfasst:

  • - Betreiben des Verbrennungsmotors in einem Normalbetrieb, wobei der Partikelfilter mit Rußpartikeln aus dem Abgas des Verbrennungsmotors beladen wird,
  • - Erkennen eines Beladungszustands sowie einer Temperatur des Partikelfilters,
  • - Öffnen des Abgasrückführungsventils,
  • - Schließen der Abgasklappe, wenn in einem kritischen Beladungszustand und/oder bei einer kritischen Bauteiltemperatur des Partikelfilters ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors eingeleitet wird.
According to the invention, a method for regeneration of the particulate filter in an exhaust system of an internal combustion engine according to the invention is proposed, which comprises the following steps:
  • Operating the internal combustion engine in a normal operation, wherein the particle filter is loaded with soot particles from the exhaust gas of the internal combustion engine,
  • Detecting a loading state and a temperature of the particulate filter,
  • Opening the exhaust gas recirculation valve,
  • - Close the exhaust valve, when in a critical load condition and / or at a critical component temperature of the particulate filter, a coasting operation of the internal combustion engine is initiated.

Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist ein wirksamer Bauteilschutz des Partikelfilters bei einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors möglich, wobei das Bremsmoment des Verbrennungsmotors (anders als bei einem gefeuerten Schubbetrieb) nicht reduziert wird und die volle Motorbremsleistung zur Verfügung steht. Zudem ergibt sich eine zusätzliche Kraftstoffersparnis aus der Tatsache, dass die Sauerstoffspeicher des Drei-Wege-Katalysators während der Schubphase nicht oder zumindest nicht in dem Umfang mit Sauerstoff gefüllt werden und daher nicht im Anschluss an die Schubphase durch einen unterstöchiometrischen Betrieb des Verbrennungsmotors ausgeräumt werden müssen.An inventive method an effective component protection of the particulate filter in a coasting operation of the internal combustion engine is possible, the braking torque of the engine (unlike a fired overrun operation) is not reduced and the full engine braking power is available. In addition, there is an additional fuel economy from the fact that the oxygen storage of the three-way catalyst during the coasting phase is not or at least not filled to the extent with oxygen and therefore need not be eliminated following the thrust phase by a substoichiometric operation of the engine ,

In einer vorteilhaften Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor solange mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben wird, bis die Abgasklappe vollständig geschlossen ist. Durch einen stöchiometrischen Motorbetrieb bis zum vollständigen Schließen der Abgasklappe kann sichergestellt werden, dass auch in der ersten Schubphase kein sauerstoffreiches Abgas in den Partikelfilter eingeleitet wird und es zu einer unkontrollierten Oxidation des in dem Partikelfilter zurückgehaltenen Rußes kommt.In an advantageous improvement of the method, it is provided that the internal combustion engine is operated with a stoichiometric combustion air ratio (λ = 1) until the exhaust gas flap is completely closed. Stoichiometric engine operation until complete closure of the exhaust gas flap can ensure that no oxygen-rich exhaust gas is introduced into the particulate filter even in the first overrun phase and that uncontrolled oxidation of the soot retained in the particulate filter occurs.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass in einer Schubphase des Verbrennungsmotors bei geschlossener Abgasklappe Kraftstoff in die Brennräume des Verbrennungsmotors eingebracht wird. Um auch bei einer längeren Schubphase sicherzustellen, dass es zu keinem Anstieg des Sauerstoffgehalts in dem durch die Abgasrückführungsleitung zirkulierenden Abgas kommt, ist vorgesehen, dass zusätzlich geringe Kraftstoffmengen in die Brennräume des Verbrennungsmotors eingebracht werden. Dies erfolgt bevorzugt durch eine Kraftstoffeinspritzung in die Brennräume des Verbrennungsmotors, kann alternativ jedoch auch durch eine Einspritzung in das Luftversorgungssystem des Verbrennungsmotors erfolgen.In a preferred embodiment of the method, it is provided that in a coasting phase of the internal combustion engine with the exhaust valve closed, fuel is introduced into the combustion chambers of the internal combustion engine. In order to ensure even during a prolonged coasting phase that there is no increase in the oxygen content in the exhaust gas circulating through the exhaust gas recirculation line, it is provided that, in addition, small quantities of fuel are introduced into the combustion chambers of the internal combustion engine. This is preferably done by a fuel injection into the combustion chambers of the internal combustion engine, but can alternatively also be effected by an injection into the air supply system of the internal combustion engine.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion in den Zeichnungen jeweils mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors;
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, wobei ein Normalbetrieb des Verbrennungsmotors dargestellt ist;
  • 3 das Ausführungsbeispiel gemäß 2, wobei ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bauteilschutz des Partikelfilters dargestellt ist;
  • 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors;
  • 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, wobei die Abgasklappe stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators angeordnet ist;
  • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, mit zwei motornah angeordneten Abgasnachbehandlungskomponenten;
  • 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit zwei motornah angeordneten Abgasnachbehandlungskomponenten; und
  • 8 ein Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges bei einem Schubbetrieb mit Schubabschaltung und bei einem gefeuerten Schubbetrieb.
The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. The same components or components with the same function in the drawings are each identified by the same reference numerals. Show it:
  • 1 a first embodiment of an internal combustion engine according to the invention;
  • 2 a further embodiment of an internal combustion engine according to the invention, wherein a normal operation of the internal combustion engine is shown;
  • 3 the embodiment according to 2 wherein an inventive method for component protection of the particulate filter is shown;
  • 4 a further embodiment of an internal combustion engine according to the invention;
  • 5 a further embodiment of an internal combustion engine according to the invention, wherein the exhaust valve is arranged upstream of the three-way catalyst;
  • 6 a further embodiment of an internal combustion engine according to the invention, with two exhaust aftertreatment components arranged close to the engine;
  • 7 a further embodiment of an internal combustion engine according to the invention with two exhaust aftertreatment components arranged close to the engine; and
  • 8th a course of the vehicle speed of a motor vehicle in a coasting operation with fuel cut and a fired overrun operation.

1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 für ein Kraftfahrzeug, welcher als ein mit Zündkerzen 18 fremdgezündeter Verbrennungsmotor 10 nach dem Ottoprinzip ausgeführt ist. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 40 verbunden. Der Auslass 16 umfasst einen Abgaskrümmer, welcher die Abgase der unterschiedlichen Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 einem Abgaskanal 52 der Abgasanlage 40 zuführt. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Einlass 14 mit einem Luftversorgungssystem 20 verbunden. Das Luftversorgungssystem 20 weist in Strömungsrichtung der Frischluft durch das Luftversorgungssystem 20 eine zweite Drosselklappe 24 auf, welche zur Vordrosselung der Ansaugluft und zur Erzeugung eines Unterdrucks im Luftversorgungssystem 20 stromabwärts dieser zweiten Drosselklappe 24 dient. Das Luftversorgungssystem 20 weist stromabwärts der zweiten Drosselklappe 24 einen Verdichter 26 eines Turboladers 38 auf, mit welchem die angesaugte Luft verdichtet wird und den Brennräumen 12 des Verbrennungsmotors 10 zugeführt wird. Stromabwärts des Verdichters 26 ist in dem Luftversorgungssystem 20 eine erste Drosselklappe 22 angeordnet, mit welcher die Luftzufuhr zu den Brennräumen 12 des Verbrennungsmotors 10 gesteuert wird. 1 shows an internal combustion engine 10 for a motor vehicle, which as an externally ignited with spark plugs 18 internal combustion engine 10 executed according to the Otto principle. The internal combustion engine 10 is with his outlet 16 with an exhaust system 40 connected. The outlet 16 includes an exhaust manifold, which the exhaust gases of the different combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 an exhaust duct 52 the exhaust system 40 supplies. The internal combustion engine 10 is with an inlet 14 connected to an air supply system 20. The air supply system 20 points in the direction of flow of fresh air through the air supply system 20 a second throttle 24 on, which for throttling the intake air and for generating a negative pressure in the air supply system 20 downstream of this second throttle 24 serves. The air supply system 20 points downstream of the second throttle 24 a compressor 26 a turbocharger 38 on, with which the sucked air is compressed and the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 is supplied. Downstream of the compressor 26 is in the air supply system 20 a first throttle 22 arranged, with which the air supply to the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 is controlled.

Die Abgasanlage 40 weist einen Abgaskanal 52 auf, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch die Abgasanlage 40 eine Turbine 36 des Turboladers 38 und stromabwärts der Turbine zwei Komponenten 42, 44 zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 10, nämlich ein Partikelfilter 44 und ein Drei-Wege-Katalysator 42, angeordnet sind. Dabei ist der Partikelfilter 44 vorzugsweise mit einer drei-Wege-katalytisch wirksamen Beschichtung versehen und als sogenannter Vier-Wege-Katalysator ausgebildet. Stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 42, 44, ist im Abgaskanal 52 eine Abgasklappe 48 angeordnet, mit welcher der Abgaskanal 52 versperrt werden kann. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Partikelfilter 44 stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators 42 angeordnet. Stromabwärts des Partikelfilters 44 und stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators 42 zweigt an einer Verzweigungsstelle 46 eine Abgasrückführungsleitung 30 aus der Abgasanlage 40 ab und verbindet den Abgaskanal 52 mit dem Luftversorgungssystem 20 stromaufwärts des Verdichters 26. In der Abgasrückführungsleitung 30 sind ein Abgasrückführungsventil 32 und ein Abgaskühler 34 angeordnet. Die Abgasrückführungsleitung 30 kann durch ein Schließen des Abgasrückführungsventils 32 gesperrt werden.The exhaust system 40 has an exhaust duct 52 in which in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine 10 through the exhaust system 40 a turbine 36 of the turbocharger 38 and downstream of the turbine two components 42 . 44 for exhaust aftertreatment of the internal combustion engine 10 namely a particle filter 44 and a three-way catalyst 42 , are arranged. Here is the particle filter 44 preferably provided with a three-way catalytically active coating and designed as a so-called four-way catalyst. Downstream of the second exhaust aftertreatment component 42 . 44 , is in the exhaust duct 52 an exhaust flap 48 arranged, with which the exhaust duct 52 can be locked. In the in 1 illustrated embodiment, the particulate filter 44 upstream of the three-way catalyst 42 arranged. Downstream of the particulate filter 44 and upstream of the three-way catalyst 42 branches at a branching point 46 an exhaust gas recirculation line 30 from the exhaust system 40 and connects the exhaust passage 52 to the air supply system 20 upstream of the compressor 26 , In the exhaust gas recirculation line 30 are an exhaust gas recirculation valve 32 and an exhaust gas cooler 34 arranged. The exhaust gas recirculation line 30 can be achieved by closing the exhaust gas recirculation valve 32 be locked.

In einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 10 ist wie in 2 dargestellt die Abgasklappe 48 geöffnet und das Abgasrückführungsventil 32 geschlossen, sodass das Abgas des Verbrennungsmotors zunächst durch den Partikelfilter 44 und anschließend durch den Drei-Wege-Katalysator strömt. Dabei wird der Verbrennungsmotor 10 mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben und die im Abgas enthaltenen, limitierten Schadstoffe, insbesondere Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx) auf der katalytisch wirksamen Beschichtung des Partikelfilters 44 sowie dem Drei-Wege-Katalysator 42 konvertiert. Parallel wird der Partikelfilter 44 mit Rußpartikeln beladen. Erreicht die Beladung des Partikelfilters 44 einen kritischen Zustand oder übersteigt die Temperatur des Partikelfilters 44 einen kritischen Schwellenwert, sodass ein darauffolgender hoher Sauerstoffeintrag zu einem unkontrollierten Rußabbrand auf dem Partikelfilter 44 führen könnte, so wird als Bauteilschutzmaßnahe zum Schutze des Partikelfilters 44 bei einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 zunächst der Verbrennungsmotor 10 weiterhin in einem gefeuerten Betrieb mit stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben, bis die Abgasklappe 48 vollständig geschlossen ist. Unter einem Schubbetrieb ist in diesem Zusammenhang ein Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges zu verstehen, bei dem der Verbrennungsmotor 10 durch das rollende Kraftfahrzeug geschleppt wird. Im Schubbetrieb wird die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 unterbunden, was als sogenannte Schubabschaltung bezeichnet wird. Dies würde bei geöffneter Abgasklappe 48 dazu führen, dass der Verbrennungsmotor Frischluft mit einem hohen Sauerstoffgehalt durch die Brennräume 12 in die Abgasanlage 40 fördern würde. Dies ist aber bei kritischen Beladungszuständen des Partikelfilters 44 und/oder hohen Temperaturen des Partikelfilters 44 zu vermeiden. Sobald die Abgasklappe 48 geschlossen und das Abgasrückführungsventil 32 geöffnet ist, zirkuliert das Abgas des Verbrennungsmotors 10 über die Abgasrückführungsleitung 30 zurück in das Luftversorgungssystem 20 des Verbrennungsmotors 10, und der Verbrennungsmotor 10 wird in einem ungefeuerten Schubbetrieb betrieben, bei dem kein Kraftstoff den Brennräumen 12 zugeführt wird. Somit gelangt kein überschüssiger Sauerstoff in die Abgasanlage 40 und ein unkontrollierter Rußumsatz kann effektiv verhindert werden. Dieser Zustand ist in 3 dargestellt. Dabei sinkt der Restsauerstoffgehalt im Abgas soweit ab, dass keine oder nur eine sehr geringe Rußoxidation der im Partikelfilter 44 zurückgehaltenen Rußpartikel erfolgt. Im ungefeuerten Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 sinkt die Temperatur des Partikelfilters 44, sodass die Gefahr einer thermischen Schädigung oder Zerstörung minimiert wird. Zusätzlich wird die zweite Drosselklappe 24 geschlossen und die erste Drosselklappe 22 geöffnet, um ein ansaugseitiges Nachströmen von Frischluft zu minimieren. Dadurch entsteht im Luftversorgungssystem 20 stromab der zweiten Drosselklappe 24 und stromauf des Verdichters 26 ein Unterdruck, welcher das Spülgefälle über die Abgasrückführungsleitung 30 zwischen der Abgasanlage 30 und dem Luftversorgungssystem 20 erhöht und somit die Abgaszirkulation begünstigt. Bei einem länger anhaltenden Schubbetrieb ist es möglich, über die Lambdaregelung des Drei-Wege-Katalysators 42 kleine Mengen an Kraftstoff in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 einzubringen, um die durch Leckage in dem Luftversorgungssystem 20 eindringende Frischluft zu kompensieren und den überschüssigen Sauerstoff auf dem Drei-Wege-Katalysator 42 umzusetzen. Dadurch wird eine Akkumulation der Sauerstoffkonzentration vermieden, wodurch der Bauteilschutz auch bei längeren Schubphasen effektiv aufrechterhalten werden kann. Wenn der Fahrer wieder ein Wunschmoment von dem Verbrennungsmotor 10 anfordert, wird die Abgasklappe 48 wieder geöffnet und das Abgasrückführungsventil 32 geschlossen, um den Normalbetrieb wieder herzustellen. Dabei kann im Normalbetrieb eine weitere Beladung des Partikelfilters 44 oder eine Regeneration des Partikelfilters 44 erfolgen. Dabei wird der Verbrennungsmotor 10 zur Regeneration des Partikelfilters 44 gezielt mit einem leichten Luftüberschuss von λ = 1,05 bis λ = 1,2 betrieben, sodass eine kontrollierte Oxidation des im Partikelfilter 44 zurückgehaltenen Rußes erfolgt.In a normal operation of the internal combustion engine 10 is like in 2 represented the exhaust flap 48 opened and the exhaust gas recirculation valve 32 closed, so that the exhaust gas of the internal combustion engine initially through the particulate filter 44 and then flowing through the three-way catalyst. At the same time the internal combustion engine becomes 10 with a stoichiometric combustion air ratio ( λ = 1) operated and contained in the exhaust, limited pollutants, especially carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) on the catalytically active coating of the particulate filter 44 and the three-way catalyst 42 converted. Parallel the particle filter 44 loaded with soot particles. Reaches the loading of the particle filter 44 a critical condition or exceeds the temperature of the particulate filter 44 a critical threshold, so that a subsequent high oxygen input to an uncontrolled Rußabbrand on the particulate filter 44 could lead as part protection measure for the protection of the particulate filter 44 in a coasting operation of the internal combustion engine 10 first the internal combustion engine 10 continue in a fired operation with stoichiometric combustion air ratio ( λ = 1) operated until the exhaust flap 48 is completely closed. Under a coasting operation in this context is a driving operation of a motor vehicle to understand in which the internal combustion engine 10 is towed by the rolling motor vehicle. In overrun mode, the injection of fuel into the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 prevented, which is referred to as so-called fuel cut. This would be with the exhaust flap open 48 cause the internal combustion engine fresh air with a high oxygen content through the combustion chambers 12 in the exhaust system 40 would promote. But this is at critical loading conditions of the particulate filter 44 and / or high temperatures of the particulate filter 44 to avoid. As soon as the exhaust flap 48 closed and the exhaust gas recirculation valve 32 is opened, the exhaust gas of the internal combustion engine circulates 10 over the exhaust gas recirculation line 30 back to the air supply system 20 of the internal combustion engine 10 , and the internal combustion engine 10 is operated in an unfired overrun operation, in which no fuel combustion chambers 12 is supplied. Thus, no excess oxygen gets into the exhaust system 40 and uncontrolled soot turnover can be effectively prevented. This condition is in 3 shown. The residual oxygen content in the exhaust gas decreases so far, that no or only a very low soot oxidation in the particle filter 44 retained soot particles. In the unfired overrun operation of the internal combustion engine 10 the temperature of the particle filter decreases 44 so that the risk of thermal damage or destruction is minimized. In addition, the second throttle 24 closed and the first throttle 22 opened to minimize a suction-side afterflow of fresh air. This arises in the air supply system 20 downstream of the second throttle 24 and upstream of the compressor 26, a negative pressure, which the scavenging gradient over the exhaust gas recirculation line 30 between the exhaust system 30 and the air supply system 20 increases and thus favors the exhaust gas circulation. With a prolonged overrun it is possible, via the lambda control of the three-way catalyst 42 small amounts of fuel in the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 contribute to the leakage through the air supply system 20 to compensate for penetrating fresh air and the excess oxygen on the three-way catalyst 42 implement. As a result, an accumulation of the oxygen concentration is avoided, whereby the component protection can be effectively maintained even with longer deceleration phases. When the driver returns a desired torque from the internal combustion engine 10 request, the exhaust flap 48 reopened and the exhaust gas recirculation valve 32 closed to restore normal operation. In this case, in normal operation, a further loading of the particulate filter 44 or a regeneration of the particulate filter 44 respectively. At the same time the internal combustion engine becomes 10 for regeneration of the particulate filter 44 specifically with a slight excess of air λ = 1.05 to λ = 1.2, so that a controlled oxidation of the in the particle filter 44 retained soot takes place.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt ist in der Abgasanlage der Drei-Wege-Katalysator 42 stromabwärts der Turbine 36 des Turboladers 38 und somit stromaufwärts der Verzweigung 46 angeordnet, während der Partikelfilter 44 stromabwärts der Verzweigung 46 und stromaufwärts der Abgasklappe 48 angeordnet ist.In 4 a further embodiment of an internal combustion engine 10 according to the invention is shown. With essentially the same structure as 1 is executed in the exhaust system of the three-way catalyst 42 downstream of the turbine 36 of the turbocharger 38 and thus upstream of the branch 46 arranged while the particle filter 44 downstream of the junction 46 and upstream of the exhaust flap 48 is arranged.

In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt ist in diesem Ausführungsbeispiel die Abgasklappe 48 stromabwärts der Verzweigung 46 und stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators 42 angeordnet. Dabei wird der Drei-Wege-Katalysator 42 in einer Schubphase des Verbrennungsmotors 10 nur mit einer Leckage durch die Abgasklappe 48 durchströmt, sodass ein sauerstoffhaltiges Abgas nur zu einer sehr langsamen und verzögerten Beladung der Sauerstoffspeicher des Drei-Wege-Katalysators 42 führt. Somit ist in einem nachfolgenden Normalbetrieb kein oder nur ein verkürztes Ausräumen dieser Sauerstoffspeicher des Drei-Wege-Katalysators 42 durch eine motorische Fettphase notwendig.In 5 a further embodiment of an internal combustion engine 10 according to the invention is shown. With essentially the same structure as 1 executed in this embodiment, the exhaust valve 48 downstream of the junction 46 and upstream of the three-way catalyst 42 arranged. This is the three-way catalyst 42 in a coasting phase of the internal combustion engine 10 only with a leakage through the exhaust flap 48 flows through, so that an oxygen-containing exhaust gas only to a very slow and delayed loading of the oxygen storage of the three-way catalyst 42 leads. Thus, in a subsequent normal operation, no or only a shortened clearing this oxygen storage of the three-way catalyst 42 necessary due to a motor fat phase.

Alternativ kann in diesem Ausführungsbeispiel die Position von Drei-Wege-Katalysator 42 und Partikelfilter 44 getauscht werden, sodass der Partikelfilter 44 während der Abgaszirkulation mit geschlossener Abgasklappe nur durch die Gasleckage durch die Abgasklappe 48 durchströmt wird. Somit kann die Temperatur des Partikelfilters 44 im Schubbetrieb gesenkt werden und die Gefahr eines unkontrollierten Rußabbrandes auf dem Partikelfilter 44 verringert werden, da dieser nach einer Rückkehr in den Normalbetrieb erst wieder auf eine Regenerationstemperatur aufgeheizt werden muss, bevor ein signifikanter Rußumsatz auf dem Partikelfilter 44 möglich ist.Alternatively, in this embodiment, the position of three-way catalyst 42 and particle filters 44 be exchanged so that the particulate filter 44 during the exhaust gas circulation with closed exhaust flap only by the gas leakage through the exhaust flap 48 is flowed through. Thus, the temperature of the particulate filter 44 be lowered in overrun and the risk of uncontrolled Rußabbrandes on the particulate filter 44 be reduced, since this must first be heated to a regeneration temperature after returning to normal operation, before a significant soot on the particulate filter 44 is possible.

In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Dabei sind sowohl der Partikelfilter 44 als auch der Drei-Wege-Katalysator 42 motornah und somit stromaufwärts der Verzweigungsstelle 46 angeordnet. In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 10 dargestellt, wobei bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 6 ausgeführt lediglich die Positionen von Drei-Wege-Katalysator 42 und Partikelfilter 44 vertauscht sind.In 6 a further embodiment of an internal combustion engine 10 according to the invention is shown. Here are both the particle filter 44 as well as the three-way catalyst 42 close to the engine and thus upstream of the branching point 46 arranged. In 7 is another embodiment of an internal combustion engine according to the invention 10 shown, wherein at substantially the same structure as 6 performed only the positions of three-way catalyst 42 and particle filters 44 are reversed.

In 8 sind zwei Geschwindigkeitsverläufe eines Kraftfahrzeuges bei einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Dabei wird der Verbrennungsmotor 10 in den Phasen I und III jeweils in einem Normalbetrieb zur Erzeugung eines Antriebsmoments des Verbrennungsmotors 10 für das Kraftfahrzeug und in Phase II in einem Schubbetrieb betrieben. In der mit <2> gekennzeichneten Kurve wird der Verbrennungsmotor 10 wie im Stand der Technik bekannt in der Schubphase II mit einem gefeuerten Schubbetrieb und einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λ = 1 betrieben. Dabei ist die Bremsleistung durch das Motorschleppmoment reduziert, wodurch es nur zu einer geringen Reduzierung der Geschwindigkeit kommt und gleichzeitig auch während der Schubphase Kraftstoff in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 eingebracht wird, was den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges erhöht. In der Kurve <1> ist ein Geschwindigkeitsverlauf bei einem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt, wobei in der Schubphase die Schubabschaltung aktiv ist und kein Kraftstoff in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 eingebracht wird. Somit kann ein effektiver Bauteilschutz für den Partikelfilter 44 und gleichzeitig ein Motorbremsbetrieb mit einem vergleichsweise hohen Schleppmoment realisiert werden.In 8th are two speed curves of a motor vehicle during a coasting operation of the internal combustion engine 10 shown. At the same time the internal combustion engine becomes 10 in the phases I and III in each case in a normal mode for generating a drive torque of the internal combustion engine 10 for the motor vehicle and in phase II operated in a push operation. In the curve marked with <2> the combustion engine becomes 10 as known in the art in the overrun phase II with a fired overrun and a stoichiometric combustion air ratio λ = 1 operated. The braking power is reduced by the engine drag torque, resulting in only a small reduction in speed and at the same time during the boost phase fuel into the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 is introduced, which increases the fuel consumption of the motor vehicle. In the curve <1> a speed profile is shown in a method according to the invention, wherein in the overrun phase, the fuel cut is active and no fuel in the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 is introduced. Thus, an effective component protection for the particulate filter 44 and at the same time Motor brake operation can be realized with a relatively high drag torque.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1212
Brennraumcombustion chamber
1414
Einlassinlet
1616
Auslassoutlet
1818
Zündkerzespark plug
2020
LuftversorgungssystemAir supply system
2222
erste Drosselklappefirst throttle
2424
zweite Drosselklappesecond throttle
2626
Verdichtercompressor
2828
Einleitstelleinlet point
3030
AbgasrückführungsleitungExhaust gas recirculation line
3232
AbgasrückführungsventilExhaust gas recirculation valve
3434
Abgaskühlerexhaust gas cooler
3636
Turbineturbine
3838
Turboladerturbocharger
4040
Abgasanlageexhaust system
4242
Drei-Wege-KatalysatorThree-way catalytic converter
4444
Partikelfilterparticulate Filter
4646
Verzweigungsstellebranching point
4848
Abgasklappeexhaust flap
5050
MotorsteuergerätEngine control unit
5252
Abgaskanalexhaust duct
λλ
VerbrennungsluftverhältnisCombustion air ratio
tt
ZeitTime
vv
Fahrzeuggeschwindigkeitvehicle speed
II
Phase 1Phase 1
IIII
Phase 2Phase 2
IIIIII
Phase 3Phase 3
<1><1>
Fahrzeuggeschwindigkeit mit SchubabschaltungVehicle speed with fuel cut
<2><2>
Fahrzeuggeschwindigkeit mit gefeuertem SchubbetriebVehicle speed with fired overrun

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010039013 A1 [0004]DE 102010039013 A1 [0004]
  • DE 102010046896 A1 [0005]DE 102010046896 A1 [0005]

Claims (10)

Verbrennungsmotor (10) mit einem Luftversorgungssystem (20) und einer Abgasanlage (40), wobei das Luftversorgungssystem (20) mindestens eine erste Drosselklappe (22, 24) aufweist, mit der eine Luftzufuhr zu den Brennräumen (12) des Verbrennungsmotors (10) gesteuert werden kann, und wobei die Abgasanlage (20) mindestens einen Drei-Wege-Katalysator (42) und einen Partikelfilter (44) umfasst, sowie mit einer Abgasrückführungsleitung (30), welche die Abgasanlage (40) stromabwärts zumindest einer der Abgasnachbehandlungskomponenten (42, 44) mit dem Luftversorgungssystem (20) stromaufwärts zumindest einer Drosselklappe (22, 24) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (40) stromabwärts einer Verzweigungsstelle (46), an der die Abgasrückführungsleitung (30) aus der Abgasanlage (40) gespeist wird, eine Abgasklappe (48) angeordnet istInternal combustion engine (10) with an air supply system (20) and an exhaust system (40), wherein the air supply system (20) at least a first throttle valve (22, 24), with the air supply to the combustion chambers (12) of the internal combustion engine (10) controlled and wherein the exhaust system (20) comprises at least one three-way catalytic converter (42) and a particulate filter (44), and with an exhaust gas recirculation line (30), which the exhaust system (40) downstream of at least one of the exhaust aftertreatment components (42, 44) to the air supply system (20) upstream of at least one throttle valve (22, 24) connects, characterized in that in the exhaust system (40) downstream of a branch point (46) at which the exhaust gas recirculation line (30) from the exhaust system (40) fed is, an exhaust valve (48) is arranged Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luftversorgungssystem (20) ein Verdichter (26) und in der Abgasanlage (40) eine Turbine (36) eines Turboladers (38) angeordnet sind, wobei die Abgasrückführungsleitung (30) als Niederdruck-Abgasrückführung ausgebildet ist und die Abgasanlage (40) stromabwärts der Turbine (36) mit dem Luftversorgungssystem (20) stromaufwärts des Verdichters (26) verbindet.Internal combustion engine (10) after Claim 1 , characterized in that in the air supply system (20) a compressor (26) and in the exhaust system (40) a turbine (36) of a turbocharger (38) are arranged, wherein the exhaust gas recirculation line (30) is designed as low-pressure exhaust gas recirculation and the Exhaust system (40) downstream of the turbine (36) with the air supply system (20) upstream of the compressor (26) connects. Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luftversorgungssystem (20) stromaufwärts einer Einleitstelle (28) der Abgasrückführungsleitung (30) eine weitere Drosselklappe (22, 24) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that in the air supply system (20) upstream of a discharge point (28) of the exhaust gas recirculation line (30), a further throttle valve (22, 24) is arranged. Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführungsleitung (30) ein Abgaskühler (34) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that in the exhaust gas recirculation line (30), an exhaust gas cooler (34) is arranged. Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Drei-Wege-Katalysator (42) als auch der Partikelfilter (44) in einer motornahen Position in der Abgasanlage (40) angeordnet sind, und die Verzweigungsstelle (46) stromabwärts beider Abgasnachbehandlungskomponenten (42, 44) liegt.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 to 4 characterized in that both the three-way catalyst (42) and the particulate filter (44) are disposed in a near-engine position in the exhaust system (40) and the branching point (46) is downstream of both exhaust aftertreatment components (42, 44) , Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Abgasnachbehandlungskomponente (42, 44) in der Abgasanlage (40) stromaufwärts der Verzweigung (46) und eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente (42, 44) stromabwärts der Verzweigung (46) angeordnet istInternal combustion engine (10) according to one of Claims 1 to 4 characterized in that a first exhaust aftertreatment component (42, 44) is disposed in the exhaust system (40) upstream of the branch (46) and a second exhaust aftertreatment component (42, 44) downstream of the branch (46) Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasnachbehandlungskomponente (42, 44) ein Partikelfilter (44) ist und die Abgasklappe (48) stromabwärts der Verzweigung (46) und stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators (42) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) after Claim 6 characterized in that the first exhaust aftertreatment component (42, 44) is a particulate filter (44) and the exhaust flap (48) is located downstream of the branch (46) and upstream of the three-way catalyst (42). Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (44) in einer Abgasanlage (40) eines Verbrennungsmotors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend folgende Schritte: - Betreiben des Verbrennungsmotors (10) in einem Normalbetrieb, wobei der Partikelfilter (44) mit Rußpartikeln aus dem Abgas des Verbrennungsmotors (10) beladen wird, - Erkennen eines Beladungszustands sowie einer Temperatur des Partikelfilters (44), und - Schließen der Abgasklappe (48), wenn in einem kritischen Beladungszustand und/oder bei einer kritischen Bauteiltemperatur des Partikelfilters (44) ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) eingeleitet wirdMethod for regeneration of a particulate filter (44) in an exhaust system (40) of an internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 to 7 comprising the following steps: - operating the internal combustion engine (10) in a normal operation, wherein the particulate filter (44) is loaded with soot particles from the exhaust gas of the internal combustion engine (10), - detecting a loading state and a temperature of the particulate filter (44), and Closing the exhaust flap (48), when in a critical loading state and / or at a critical component temperature of the particulate filter (44) a coasting operation of the internal combustion engine (10) is initiated Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) solange mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben wird, bis die Abgasklappe (48) vollständig geschlossen ist.Method according to Claim 8 , characterized in that the internal combustion engine (10) as long as with a stoichiometric combustion air ratio (λ = 1) is operated until the exhaust valve (48) is completely closed. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schubphase des Verbrennungsmotors (10) bei geschlossener Abgasklappe (48) Kraftstoff in die Brennräume (12) des Verbrennungsmotors (10) eingebracht wird.Method according to one of Claims 8 or 9 , characterized in that in a coasting phase of the internal combustion engine (10) with the exhaust flap (48) closed fuel in the combustion chambers (12) of the internal combustion engine (10) is introduced.
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