WO2008061886A1 - Method for regenerating at least one exhaust gas after-treatment device - Google Patents

Method for regenerating at least one exhaust gas after-treatment device Download PDF

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WO2008061886A1
WO2008061886A1 PCT/EP2007/061994 EP2007061994W WO2008061886A1 WO 2008061886 A1 WO2008061886 A1 WO 2008061886A1 EP 2007061994 W EP2007061994 W EP 2007061994W WO 2008061886 A1 WO2008061886 A1 WO 2008061886A1
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combustion engine
brake valve
engine
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Hans Felix Seitz
Gabor Hrauda
Paul Kapus
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    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/10—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by modifying inlet or exhaust valve timing

Definitions

  • the invention relates to a method for regenerating at least one exhaust gas aftertreatment device, in particular a particulate filter of an internal combustion engine, in particular a multi-cylinder internal combustion engine, which has an engine brake device, with at least one brake valve per cylinder, preferably in addition to intake and exhaust valves, each at least one in one common pressure vessel (brake rail) opening flow path controls, with at least one particulate filter in the exhaust system, the exhaust gas temperature is increased during the regeneration of the particulate filter in the short term by increasing the engine load. Furthermore, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine with an exhaust gas purification system, which has at least one catalyst. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine with an exhaust gas purification system, which has at least one catalyst.
  • An internal combustion engine with an engine brake is known for example from DE 34 28 626 A.
  • a four-stroke internal combustion engine is described, which comprises two cylinder groups, each with four cylinders.
  • Each cylinder has charge exchange valves and an additional exhaust valve, wherein in the brake operation, the additional exhaust valves are open during the entire braking process.
  • the common exhaust port of the two cylinder groups arranged on a shaft rotatably mounted throttle valve whose position via a control rod by an actuator can be influenced.
  • a disadvantage of this known system is the dependence on the speed, in particular a relatively low braking power in the lower speed range.
  • DE 25 02 650 A shows a valve-controlled reciprocating internal combustion engine, in which during the braking process compressed air is conveyed via a compressed air valve into a storage tank and returned to the work performance when starting on the same compressed air valve.
  • a decompression valve engine brake is known in this connection, with which a compressed air generator can be realized for all operating states of the internal combustion engine.
  • a compressed air tank of a compressed air system is filled via a bypass line with compressed gas from the combustion chamber of the cylinder.
  • One or more cylinders can be used to supply the compressed air system.
  • an engine brake is known in which a gas exchange between the individual cylinders is made possible via the common exhaust gas collecting pipe. The gas exchange takes place via the exhaust valves of the six-cylinder internal combustion engine.
  • a disadvantage of this engine brake is, among other things, the relatively low recoverable brake pressure.
  • a multi-cylinder internal combustion engine which in addition to the intake and exhaust valves per cylinder has a brake valve. All brake valves of the internal combustion engine open into a common, tubular pressure vessel, so that gas exchange between the individual cylinders of the internal combustion engine is possible when the brake valves are actuated.
  • the tubular pressure vessel has a pressure control valve, which can be acted upon by control signals in dependence on the position of a brake switch or brake pedal.
  • DE 103 49 603 A1 describes a system and method for regenerating filter and catalyst components wherein a load bank heater is provided in the exhaust system which is activated to directly heat exhaust gases to reach temperatures needed for regeneration and desulfurization , The activation of the heating device acts as a load by the combined arrangement of starter / generator / flywheel / retarder, whereby the load of the internal combustion engine is increased, which further increases the temperature of the exhaust gas.
  • Catalysts of emission control systems are subjected to an aging process with long operating time of the internal combustion engines. This aging process causes a progressive deterioration of the emission levels, which in many cases, a costly replacement of catalysts is required.
  • the object of the invention is in an internal combustion engine with at least one own brake valve per cylinder, which controls the exhaust gas flow to a brake rail to achieve a regeneration of the particulate filter in the simplest possible way.
  • Another object of the invention is to extend the service life of a catalyst in an exhaust gas purification system. According to the invention, this is achieved by increasing the exhaust gas temperature during the regeneration of the particulate filter, the brake valve is opened at least once during a work cycle, wherein preferably the brake valve before, at the beginning and / or during the compression phase of the cylinder is opened at least once. Additionally or alternatively, it may be provided that the brake valve is opened at least once during the expansion stroke, wherein preferably the brake valve is closed in the exhaust stroke.
  • the brake valve is opened at least once during the intake stroke. It is particularly advantageous if a first opening of the brake valve takes place during the expansion stroke and a second opening during the intake stroke.
  • the exhaust gas temperature is controlled by changing the timing of the brake valve, preferably the closing time of the brake valve. The closing time can be determined as a function of the particle loading and / or the temperature in the exhaust gas line in the region of the particle filter.
  • a particularly simple regulation of the exhaust gas temperature can be achieved if the closing time is determined as a function of the engine speed.
  • the closing time is determined as a function of the engine speed, and preferably also as a function of the pressure and / or the temperature in the pressure vessel.
  • the inclusion of the pressure and / or the temperature of the pressure vessel is advantageous because by closing the brake valve at a wrong time, the temperature and pressure in the pressure vessel could rise too high and thus lead to a mechanical destruction of the brake system. Therefore, a limitation of the closing time in the direction of the top dead center of the ignition is necessary. This limitation can most easily be realized by maps which contain the corresponding limit values as a function of the engine speed, the pressure and / or the temperature in the pressure vessel.
  • a further possibility is to measure the pressure and / or the temperature in the pressure vessel and to supply regulators which, when a certain pressure or temperature limit is exceeded, change the closing time in the direction of lower exhaust gas temperature and thus bring about a reduction in the pressure and temperature load , If you want to increase the exhaust gas temperature at a speed, so must - in the case of opening of the brake valve during the compression stroke - only the closing time to be adjusted in the direction of early. When opening during the expansion and / or exhaust stroke to achieve an increase in the exhaust gas temperature by adjusting the opening timing of the brake valve to early. Thus, by modulating the closing time and / or the opening time of the brake valve in a very simple manner, an increase or a reduction of the exhaust gas temperature possible. In order to be able to dissipate the heat generated during the regeneration and engine braking operation in the pressure vessel well, it is advantageous if the pressure vessel is cooled by a cooling device.
  • the exhaust gas flow through the catalytic converter is reversed as a function of the operating time of the internal combustion engine.
  • the invention takes advantage of the fact that the first region of the catalyst which is exposed to the highest temperature peaks is subjected to the greatest aging, while regions of the catalyst which are downstream of this age-most susceptible region are not or scarcely subject to aging. By reversing the flow direction of the catalyst, the conversion rate of the catalyst could thus be increased again and thus the exhaust gas quality could be improved without renewing the catalyst being necessary.
  • the aging of the catalyst causes the first part of the catalyst to become inactive. This leads to a delayed start of the cat (increased light-off temperature) after a cold start, since the first part of the cat absorbs heat, but does not contribute to the conversion of pollutants. After turning the cat, the foremost part of the cat is active again. The light-off temperature drops again.
  • the catalyst is turned after a defined operating time of the internal combustion engine or after a certain mileage, preferably the catalyst removed and rotated by 180 ° with reverse flow direction is re-installed in the exhaust gas purification system.
  • This allows a long service life of the catalyst. This measure could for example be carried out in the context of a normal engine service in a workshop.
  • the catalyst is designed to be reversible, wherein preferably the catalyst is symmetrical with respect to a transverse plane which is arranged normal to the flow direction.
  • Exhaust gas purification systems with catalytic converters usually have installation positions for lambda probes upstream and downstream of the catalytic converter.
  • the probe upstream of the catalyst is the control probe
  • the probe downstream of the catalyst is the diagnostic probe.
  • the turning of the catalyst is greatly facilitated if the first and the second mounting position are arranged symmetrically with respect to the transverse plane, wherein preferably the mounting positions have identical screw threads for the lambda probes.
  • the lambda probes can be arranged in the exhaust pipe before, or after the catalyst or in the cone before or after the catalyst. The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it :
  • 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with an engine braking device
  • Fig. 5 shows the strategy for the control of the engine brake
  • Fig. 6 shows schematically an internal combustion engine with an exhaust system.
  • each opening into the combustion chamber brake valve 10 is provided.
  • the brake valves 10 arranged in addition to conventional intake and exhaust valves (not shown) can be operated via a control unit 4.
  • the intake and exhaust valves of the internal combustion engine 1 are conventionally controlled via camshafts.
  • the brake valves 10 in the combustion chamber are hydraulically operated, that is, there is a hydraulic intermediate circuit 12, with oil tank 12 a, pump 12 b, oil distribution line 12 c, pressure sensor 12 d and shut-off valve 12 e, which is responsible for the actuation of the brake valves 10.
  • a respective hydraulic line 14 opens to the respective brake valve 10, wherein a hydraulic valve 16 is arranged in each hydraulic line 14.
  • Each hydraulic valve 16 is controlled by the combined engine brake control unit 4, whereby the braking power P B can be adjusted continuously as a function of the desired braking power and / or depending on the need for regeneration of the particulate filter 32 exhaust gas temperature A TR .
  • the injection of the injection system 2 must first be disabled become. Subsequently, a pressure in the pressure vessel 18 (brake rail) is established by the hydraulic valves 16. In steady state braking, that is, after a few engine cycles, a certain gas pressure in the pressure vessel 18 is set. This gas pressure is mainly determined by the start of control, the drive time, as well as by the drive end of the hydraulic valves 16. During braking operation, the additional brake valve 10 is opened in the compression stroke of the internal combustion engine 1, as shown in FIG. 4 can be seen.
  • the air or the gas flows from the pressure vessel 18 into the respective cylinder Ci, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 .
  • the boost pressure in the intake manifold of the internal combustion engine 1 would determine the pressure level in the cylinder C 1, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 at the beginning of the compression phase. Due to the increased initial pressure or the increased filling in the pressure vessel 18, a higher compression work is necessary in the compression stroke. This increased compression work can be used, for example, for braking a vehicle or a moving mass.
  • the accelerator pedal is denoted by 21 and the brake pedal of the vehicle by 20 via which the driver transmits his braking request a b to the control unit 4.
  • At least one outlet channel 32 leading to an outlet system 30 emerges.
  • at least one particulate filter 32 is arranged.
  • pressure sensors 33 and / or temperature sensors 34 can be provided upstream and downstream of the particulate filter 34, the signals of which are passed to the control unit 4. If an increased load state of the particulate filter 32 is detected, the regeneration process is started.
  • a pressure in the pressure vessel 18 is established by the hydraulic valves 16. The timing of the hydraulic valves 16 corresponds in the regeneration mode substantially the timing of the normal engine brake operation.
  • FIG. 2 shows a typical control strategy for a braking process and / or for a regeneration process of the particulate filter 32.
  • the curve p describes the pressure in the cylinder C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 , the curve p r den Pressure in the pressure vessel 18 for a 6-cylinder internal combustion engine.
  • Bars O and I show the timing for the exhaust and intake valves, respectively.
  • the bar for the brake valve 10 is designated B.
  • the brake valve 10 opens in this specific embodiment at about 550 ° crank angle KW to the top dead center of the ignition ZOT and closes at about 30 ° crank angle KW to the top dead center of the ignition ZOT.
  • the bars Bi and B 2 show a further opening strategy for the brake valve 10.
  • a first opening Bi of the brake valve 10 takes place between approximately 90 ° and 210 ° crank angle KW and a second opening B 2 between 360 ° and 540 ° crank angle KW.
  • Dashed lines indicate the maximum opening range for the first opening Bi.
  • the ⁇ value of the internal combustion engine decreases, because a lot of recirculated exhaust gas is generated. As a result, the exhaust gas temperature T A , the NO x emissions decrease decreases.
  • the braking power decreases in accordance with the relationship shown with the closing time ⁇ (also drops in the specific case, the braking power P B at a shift in the direction of "early").
  • This relationship can be used in the brake control to adjust the braking power P B according to the driver's request.
  • FIG. 4 can be seen, but must be complied with, especially at low speeds certain limits, so that it does not come to unacceptably high pressures p r and temperatures T 1 - in the pressure vessel 18.
  • FIG 5 a simple structure for the realization of the brake control for the regeneration of the particulate filter 32 is shown. If necessary, the driver transfers his braking request to the controller by means of brake pedal 20. About the sensors 33, 34 and the control unit 4, the regeneration requirement of the particulate filter 32 is detected and optionally initiated a regeneration cycle, wherein a predefined high regeneration exhaust gas temperature T AR is targeted. In dependence on the difference .DELTA.t A between the current exhaust gas temperature T A and the desired exhaust gas temperature T AR in the region of the particulate filter 32 and the braking request a b the desired braking power P B, and is available from the respective motor speed n by the map KFM b dependent desired braking moment M b read into the brake control device 4.
  • the opening time ⁇ 0 is determined via a characteristic Ka 0 , which is plotted against the engine speed n.
  • the precontrol of the closing of the brake valve 10 can be determined via the relationships shown in FIGS. 3 and 4.
  • the parameters for the map KF ⁇ c can thus be parameterized in this context. Since the closing at an incorrect time, the temperature T 1 - and the pressure p r in the pressure vessel 18 increase too much and thus cause mechanical destruction of the brake system, the closing time ⁇ c must be adjusted to the speed n of the engine 1. In order to avoid destruction of the brake system, it is expedient to limit the closing time ⁇ c in the direction of the top dead center of the ignition ZOT.
  • This limitation can most easily be realized by maps which contain the corresponding limit values as a function of the engine speed n, the brake pressure p r in the pressure vessel 18 and the temperature T r in the pressure vessel 18.
  • the pressure p r and / or the temperature T 1 - is measured and compared with a respective maximum value p rma ⁇ , T rmax , as shown in FIG. 5. If these values exceed a limit value, then the regulators PCTRL and TCTRL reliably ensure that the closing time ⁇ c is shifted in the direction of lower braking power, which leads to a reduction in the pressure and temperature load.
  • the resulting heat loss in the cylinders Ci, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 and in the pressure vessel 18 can be discharged accordingly.
  • the power loss in the cylinder Ci, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 was discharged via the cooling water and in the pressure vessel 18 via an additional heat exchanger (not shown). If the cooling is not sufficient, the braking power P B is automatically reduced in the manner described above, to avoid any overheating of the system.
  • FIG. 6 schematically shows an internal combustion engine 101 with an exhaust system 102, in which an exhaust gas purification system 103 with a catalytic converter 104 is arranged.
  • the catalyst 104 is formed symmetrically with respect to a normal to the flow direction S arranged transverse plane ⁇ .
  • the installation positions 105, 106 provided, for example, in the inlet or outlet cone 107, 108 of the catalytic converter 104 are also formed symmetrically with respect to the transverse plane ⁇ for lambda probes not shown further upstream or downstream of the catalytic converter 104.
  • the screw threads for the lambda probes are also identical, so that when the catalytic converter 104 is installed in reverse, the lambda probes can be exchanged, wherein the function of the upstream lambda probe can be maintained as a control probe and the downstream lambda probe as a diagnostic probe.
  • the catalytic converter 104 it is possible to install the catalytic converter 104 in the exhaust system 102 independently of the exhaust gas flow direction S.
  • the catalytic converter 104 is removed from the exhaust system and turned over again by 180 °.
  • the exhaust gas from the internal combustion engine 101 first flows through inlet-side regions 104a of the catalytic converter, which were previously subjected to little or no thermal aging, while strongly aged regions 104b are arranged in the region of the catalyst outlet.
  • the conversion rate of the catalytic converter 104 can thus be substantially improved and the quality of the emissions can be significantly increased without renewing the catalytic converter 104.
  • the measure of the reversed installation of a symmetrically designed catalytic converter 104 can also be used when using used replacement catalytic converters which are arranged in the reverse flow direction than previously used. be builds and thus forms a cost-effective way to extend the life of the internal combustion engine 101 in compliance with legal emission specifications without the use of a new catalyst.

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Abstract

The invention relates to a method for regenerating at least one exhaust gas after-treatment device, in particular, a particle filter of an internal combustion engine, more particularly, a multi-cylinder engine, comprising an engine braking device, provided with at least one braking valve per cylinder, preferably in addition to the inlet and outlet valves, each controlling at least one flow path opening in a common pressure reservoir (brake rail), with at least one particle filter in the exhaust system, the exhaust temperature being temporarily increased during regeneration of the particle filter by increasing the engine load. According to the invention, a regeneration of the particle filter is achieved as simply as possible, wherein the brake valve is opened at least once during a working cycle to increase the exhaust temperature during the regeneration of the particle filter.

Description

VERFAHREN ZUR REGENERATION ZUMINDEST EINER ABGASNACHBEHANDLUNGSEINRICHTUNG METHOD FOR REGENERATING AT LEAST ONE EXHAUSTION TREATMENT DEVICE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration zumindest einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, welche eine Motorbremseinrichtung, mit pro Zylinder zumindest einem, vorzugsweise zusätzlich zu Ein- und Auslassventilen vorgesehenen Bremsventil aufweist, welches jeweils zumindest einen in einen gemeinsamen Druckbehälter (Brems-Rail) mündenden Strömungsweg steuert, mit zumindest einem Partikelfilter im Abgasstrang, wobei die Abgastemperatur während der Regeneration des Partikelfilters kurzfristig durch Steigerung der Motorlast erhöht wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasreinigungssystem, welches zumindest einen Katalysator aufweist. Weiters betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasreinigungssystem, welches zumindest einen Katalysator aufweist.The invention relates to a method for regenerating at least one exhaust gas aftertreatment device, in particular a particulate filter of an internal combustion engine, in particular a multi-cylinder internal combustion engine, which has an engine brake device, with at least one brake valve per cylinder, preferably in addition to intake and exhaust valves, each at least one in one common pressure vessel (brake rail) opening flow path controls, with at least one particulate filter in the exhaust system, the exhaust gas temperature is increased during the regeneration of the particulate filter in the short term by increasing the engine load. Furthermore, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine with an exhaust gas purification system, which has at least one catalyst. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine with an exhaust gas purification system, which has at least one catalyst.
Eine Brennkraftmaschine mit einer Motorbremse ist beispielsweise aus der DE 34 28 626 A bekannt. Darin wird eine Viertaktbrennkraftmaschine beschrieben, welche zwei Zylindergruppen mit jeweils vier Zylindern umfasst. Jeder Zylinder weist Ladungswechselventile sowie ein Zusatzauslassventil auf, wobei im Bremsbetrieb die Zusatzauslassventile während des gesamten Bremsvorganges geöffnet sind. Weiters ist im gemeinsamen Auslasskanal der beiden Zylindergruppen eine auf einer Welle drehfest gelagerte Drosselklappe angeordnet, deren Stellung über eine Steuerstange durch eine Betätigungseinrichtung beeinflussbar ist. Nachteilig bei diesem bekannten System ist die Abhängigkeit von der Drehzahl, insbesondere eine relativ niedrige Bremsleistung im unteren Drehzahlbereich.An internal combustion engine with an engine brake is known for example from DE 34 28 626 A. Therein a four-stroke internal combustion engine is described, which comprises two cylinder groups, each with four cylinders. Each cylinder has charge exchange valves and an additional exhaust valve, wherein in the brake operation, the additional exhaust valves are open during the entire braking process. Furthermore, in the common exhaust port of the two cylinder groups arranged on a shaft rotatably mounted throttle valve whose position via a control rod by an actuator can be influenced. A disadvantage of this known system is the dependence on the speed, in particular a relatively low braking power in the lower speed range.
Weiters zeigt die DE 25 02 650 A eine ventilgesteuerte Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei welcher während des Bremsvorganges verdichtete Luft über ein Druckluftventil in einen Speicherkessel gefördert und beim Anfahren über das gleiche Druckluftventil zur Arbeitsleistung zurückgeleitet wird.Furthermore, DE 25 02 650 A shows a valve-controlled reciprocating internal combustion engine, in which during the braking process compressed air is conveyed via a compressed air valve into a storage tank and returned to the work performance when starting on the same compressed air valve.
Aus der EP 0 898 059 A ist in diesem Zusammenhang eine Dekompressionsven- til-Motorbremse bekannt, mit welcher ein Drucklufterzeuger für alle Betriebs- zustände der Brennkraftmaschine realisierbar ist. Dabei wird ein Druckluftbehälter eines Druckluftsystems über eine Bypassleitung mit komprimiertem Gas aus dem Brennraum der Zylinder befüllt. Es können ein oder mehrere Zylinder zur Belieferung des Druckluftsystems verwendet werden. Aus der EP 0 828 061 A ist eine Motorbremse bekannt, bei welcher ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern über das gemeinsame Abgassammel- rohr ermöglicht wird. Der Gasaustausch erfolgt über die Auslassventile der Sechszylinder-Brennkraftmaschine. Nachteilig bei dieser Motorbremse ist unter Anderem der relativ geringe erzielbare Bremsdruck.From EP 0 898 059 A a decompression valve engine brake is known in this connection, with which a compressed air generator can be realized for all operating states of the internal combustion engine. In this case, a compressed air tank of a compressed air system is filled via a bypass line with compressed gas from the combustion chamber of the cylinder. One or more cylinders can be used to supply the compressed air system. From EP 0 828 061 A an engine brake is known in which a gas exchange between the individual cylinders is made possible via the common exhaust gas collecting pipe. The gas exchange takes place via the exhaust valves of the six-cylinder internal combustion engine. A disadvantage of this engine brake is, among other things, the relatively low recoverable brake pressure.
Aus der AT 4 963 Ul ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bekannt, welche zusätzlich zu den Ein- und Auslassventilen pro Zylinder ein Bremsventil aufweist. Alle Bremsventile der Brennkraftmaschine münden in einen gemeinsamen, rohr- förmigen Druckbehälter, so dass bei Betätigung der Bremsventile ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine möglich ist. Der rohrförmige Druckbehälter weist ein Druckregelventil auf, welches in Abhängigkeit von der Stellung eines Bremsschalters oder Bremspedals mit Steuersignalen beaufschlagbar ist.From AT 4 963 Ul a multi-cylinder internal combustion engine is known, which in addition to the intake and exhaust valves per cylinder has a brake valve. All brake valves of the internal combustion engine open into a common, tubular pressure vessel, so that gas exchange between the individual cylinders of the internal combustion engine is possible when the brake valves are actuated. The tubular pressure vessel has a pressure control valve, which can be acted upon by control signals in dependence on the position of a brake switch or brake pedal.
Es ist bekannt, zur Erhöhung der Abgastemperatur die Belastung der Brennkraftmaschine kurzfristig zu erhöhen. Die DE 103 49 603 Al beschreibt ein System und ein Verfahren zum Regenerieren von Filter- und Katalysatorbauteilen, wobei eine Lastbankheizvorrichtung im Auspuffsystem vorgesehen ist, die aktiviert wird, um direkt Abgase zu erwärmen, um Temperaturen zu erreichen, die zum Regenerieren und Entschwefeln benötigt werden. Die Aktivierung der Heizvorrichtung wirkt dabei als Belastung durch die vereinigte Anordnung aus Star- ter/Generator/Schwungrad/Retarder, wodurch die Last der Brennkraftmaschine erhöht wird, was weiterhin die Temperatur des Abgases steigert.It is known to increase the load of the internal combustion engine in the short term to increase the exhaust gas temperature. DE 103 49 603 A1 describes a system and method for regenerating filter and catalyst components wherein a load bank heater is provided in the exhaust system which is activated to directly heat exhaust gases to reach temperatures needed for regeneration and desulfurization , The activation of the heating device acts as a load by the combined arrangement of starter / generator / flywheel / retarder, whereby the load of the internal combustion engine is increased, which further increases the temperature of the exhaust gas.
Weiters ist es aus den Veröffentlichungen EP 0 424 092 Al, JP 2002-129940 A bekannt, zur Erhöhung der Abgastemperatur während der Regeneration des Partikelfilters eine Abgasstauklappe einer Abgasbremseinrichtung zu schließen und damit die Abgastemperatur zu erhöhen.Furthermore, it is known from the publications EP 0 424 092 A1, JP 2002-129940 A to close the exhaust gas temperature during the regeneration of the particulate filter, an exhaust gas flap of an exhaust brake device and thus to increase the exhaust gas temperature.
Katalysatoren von Abgasreinigungssystemen sind bei langer Betriebszeit der Brennkraftmaschinen einem Alterungsvorgang unterworfen. Dieser Alterungsvorgang bewirkt eine zunehmende Verschlechterung der Emissionswerte, wodurch in vielen Fällen ein kostenaufwändiger Austausch von Katalysatoren erforderlich ist.Catalysts of emission control systems are subjected to an aging process with long operating time of the internal combustion engines. This aging process causes a progressive deterioration of the emission levels, which in many cases, a costly replacement of catalysts is required.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem eigenen Bremsventil pro Zylinder, welches den Abgasstrom zu einem Brems-Rail steuert, auf möglichst einfache Weise eine Regeneration des Partikelfilters zu erreichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Einsatzzeit eines Katalysators in einem Abgasreinigungssystem zu verlängern. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zur Erhöhung der Abgastemperatur während der Regeneration des Partikelfilters das Bremsventil während eines Arbeitszyklus zumindest einmal geöffnet wird, wobei vorzugsweise das Bremsventil vor, zu Beginn und/oder während der Kompressionsphase des Zylinders zumindest einmal geöffnet wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Bremsventil während des Expansionstaktes zumindest einmal geöffnet wird, wobei vorzugsweise das Bremsventil im Auslasstakt geschlossen wird. Weiters kann vorgesehen sein, dass das Bremsventil während des Einlasstaktes zumindest einmal geöffnet wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein erstes Öffnen des Bremsventils während des Expansionstaktes und ein zweites Öffnen während des Einlasstaktes erfolgt. Vorzugsweise wird dabei die Abgastemperatur durch Verändern der Steuerzeiten des Bremsventils, vorzugsweise des Schließzeitpunktes des Bremsventils, gesteuert. Der Schließzeitpunkt kann dabei in Abhängigkeit der Partikelbeladung und/oder der Temperatur im Abgasstrang im Bereich des Partikelfilters ermittelt werden.The object of the invention is in an internal combustion engine with at least one own brake valve per cylinder, which controls the exhaust gas flow to a brake rail to achieve a regeneration of the particulate filter in the simplest possible way. Another object of the invention is to extend the service life of a catalyst in an exhaust gas purification system. According to the invention, this is achieved by increasing the exhaust gas temperature during the regeneration of the particulate filter, the brake valve is opened at least once during a work cycle, wherein preferably the brake valve before, at the beginning and / or during the compression phase of the cylinder is opened at least once. Additionally or alternatively, it may be provided that the brake valve is opened at least once during the expansion stroke, wherein preferably the brake valve is closed in the exhaust stroke. Furthermore, it can be provided that the brake valve is opened at least once during the intake stroke. It is particularly advantageous if a first opening of the brake valve takes place during the expansion stroke and a second opening during the intake stroke. Preferably, the exhaust gas temperature is controlled by changing the timing of the brake valve, preferably the closing time of the brake valve. The closing time can be determined as a function of the particle loading and / or the temperature in the exhaust gas line in the region of the particle filter.
Eine besonders einfache Regulierung der Abgastemperatur kann erreicht werden, wenn der Schließzeitpunkt in Abhängigkeit der Motordrehzahl ermittelt wird. Der Schließzeitpunkt wird dabei in Abhängigkeit der Motordrehzahl, und vorzugsweise auch in Abhängigkeit des Druckes und/oder der Temperatur im Druckbehälter ermittelt. Die Einbeziehung des Druckes und/oder der Temperatur des Druckbehälters ist deshalb von Vorteil, da durch das Schließen des Bremsventils zu einem falschen Zeitpunkt die Temperatur und der Druck im Druckbehälter zu stark ansteigen und somit zu einer mechanischen Zerstörung des Bremssystems führen könnte. Deshalb ist eine Begrenzung des Schließzeitpunktes in Richtung des oberen Totpunktes der Zündung notwendig. Diese Begrenzung kann am einfachsten durch Kennfelder realisiert werden, welche die entsprechenden Grenzwerte in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, dem Druck und/oder der Temperatur im Druckbehälter beinhalten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Druck und/oder die Temperatur im Druckbehälter zu messen und Reglern zuzuführen, welche bei Überschreitung eines bestimmten Grenzwertes für den Druck oder die Temperatur den Schließzeitpunkt in Richtung geringerer Abgastemperatur verändern und somit eine Reduzierung der Druck- und Temperaturbelastung herbeiführen. Möchte man die Abgastemperatur bei einer Drehzahl erhöhen, so muss - im Falle einer Öffnung des Bremsventils während des Kompressionstaktes - nur der Schließzeitpunkt in Richtung früh verstellt werden. Bei einer Öffnung während des Expansions- und/oder Auslasstaktes erzielt man eine Erhöhung der Abgastemperatur durch Verstellen des Öffnungszeitpunktes des Bremsventils nach früh. Somit ist durch Modulation des Schließzeitpunktes und/oder des Öffnungszeitpunktes des Bremsventils auf sehr einfache Weise eine Erhöhung oder eine Verringerung der Abgastemperatur möglich. Um die beim Regenerations- und Motorbremsbetrieb im Druckbehälter entstehende Wärme gut abführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Druckbehälter über eine Kühleinrichtung gekühlt wird.A particularly simple regulation of the exhaust gas temperature can be achieved if the closing time is determined as a function of the engine speed. The closing time is determined as a function of the engine speed, and preferably also as a function of the pressure and / or the temperature in the pressure vessel. The inclusion of the pressure and / or the temperature of the pressure vessel is advantageous because by closing the brake valve at a wrong time, the temperature and pressure in the pressure vessel could rise too high and thus lead to a mechanical destruction of the brake system. Therefore, a limitation of the closing time in the direction of the top dead center of the ignition is necessary. This limitation can most easily be realized by maps which contain the corresponding limit values as a function of the engine speed, the pressure and / or the temperature in the pressure vessel. A further possibility is to measure the pressure and / or the temperature in the pressure vessel and to supply regulators which, when a certain pressure or temperature limit is exceeded, change the closing time in the direction of lower exhaust gas temperature and thus bring about a reduction in the pressure and temperature load , If you want to increase the exhaust gas temperature at a speed, so must - in the case of opening of the brake valve during the compression stroke - only the closing time to be adjusted in the direction of early. When opening during the expansion and / or exhaust stroke to achieve an increase in the exhaust gas temperature by adjusting the opening timing of the brake valve to early. Thus, by modulating the closing time and / or the opening time of the brake valve in a very simple manner, an increase or a reduction of the exhaust gas temperature possible. In order to be able to dissipate the heat generated during the regeneration and engine braking operation in the pressure vessel well, it is advantageous if the pressure vessel is cooled by a cooling device.
Um die Einsatzzeit eines Katalysators zu verlängern, ist vorgesehen, dass die Abgasströmung durch den Katalysator in Abhängigkeit der Betriebszeit der Brennkraftmaschine umgekehrt wird. Die Erfindung macht sich die Tatsache zu Nutzen, dass der erste Bereich des Katalysators, welcher den höchsten Temperaturspitzen ausgesetzt ist, der stärksten Alterung unterworfen ist, während Bereiche des Katalysators, welche stromabwärts dieses alterungsanfälligsten Bereiches liegen, nicht oder kaum einer Alterung unterworfen sind. Durch Umkehren der Strömungsrichtung des Katalysators könnte somit die Umsetzrate des Katalysators wieder erhöht und somit die Abgasqualität verbessert werden, ohne dass eine Erneuerung des Katalysators erforderlich wäre.In order to extend the service life of a catalytic converter, it is provided that the exhaust gas flow through the catalytic converter is reversed as a function of the operating time of the internal combustion engine. The invention takes advantage of the fact that the first region of the catalyst which is exposed to the highest temperature peaks is subjected to the greatest aging, while regions of the catalyst which are downstream of this age-most susceptible region are not or scarcely subject to aging. By reversing the flow direction of the catalyst, the conversion rate of the catalyst could thus be increased again and thus the exhaust gas quality could be improved without renewing the catalyst being necessary.
Die Alterung des Katalysators bewirkt, dass der erste Teil des Katalysators inaktiv wird. Dies führt zu einem verspäteten Anspringen des Kats (erhöhter Anspringtemperatur) nach einem Kaltstart, da der erste Teil des Kats zwar Wärme aufnimmt, aber nicht zur Konvertierung von Schadstoffen beiträgt. Nach Wenden des Kats ist der vorderste Teil des Kats wieder aktiv. Die Anspringtemperatur sinkt wieder.The aging of the catalyst causes the first part of the catalyst to become inactive. This leads to a delayed start of the cat (increased light-off temperature) after a cold start, since the first part of the cat absorbs heat, but does not contribute to the conversion of pollutants. After turning the cat, the foremost part of the cat is active again. The light-off temperature drops again.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Katalysator nach einer definierten Betriebszeit der Brennkraftmaschine oder nach einer bestimmten Kilometerleistung gewendet wird, wobei vorzugsweise der Katalysator ausgebaut und um 180° verdreht mit umgekehrter Strömungsrichtung wieder in das Abgasreinigungssystem eingebaut wird. Dies ermöglicht hohe Standzeiten des Katalysators. Diese Maßnahme könnte beispielsweise im Rahmen eines normalen Motorservices in einer Werkstatt durchgeführt werden. Voraussetzung dafür ist, dass der Katalysator wendbar aufgebaut ist, wobei vorzugsweise der Katalysator bezüglich einer Querebene, welche normal zur Strömungsrichtung angeordnet ist, symmetrisch ausgebildet ist.Preferably, it is provided that the catalyst is turned after a defined operating time of the internal combustion engine or after a certain mileage, preferably the catalyst removed and rotated by 180 ° with reverse flow direction is re-installed in the exhaust gas purification system. This allows a long service life of the catalyst. This measure could for example be carried out in the context of a normal engine service in a workshop. The prerequisite for this is that the catalyst is designed to be reversible, wherein preferably the catalyst is symmetrical with respect to a transverse plane which is arranged normal to the flow direction.
Abgasreinigungssysteme mit Katalysatoren weisen üblicherweise Einbaupositionen für Lambdasonden stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators auf. Die Sonde stromaufwärts des Katalysators ist dabei die Regelsonde, die Sonde stromabwärts des Katalysators ist die Diagnosesonde. Das Wenden des Katalysators wird wesentlich erleichtert, wenn die erste und die zweite Einbauposition symmetrisch bezüglich der Querebene angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Einbaupositionen identische Einschraubgewinde für die Lambdasonden aufweisen. Die Lambdasonden können dabei im Abgasrohr vor, bzw. nach dem Katalysator oder im Konus vor oder nach dem Katalysator angeordnet sein. Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen :Exhaust gas purification systems with catalytic converters usually have installation positions for lambda probes upstream and downstream of the catalytic converter. The probe upstream of the catalyst is the control probe, the probe downstream of the catalyst is the diagnostic probe. The turning of the catalyst is greatly facilitated if the first and the second mounting position are arranged symmetrically with respect to the transverse plane, wherein preferably the mounting positions have identical screw threads for the lambda probes. The lambda probes can be arranged in the exhaust pipe before, or after the catalyst or in the cone before or after the catalyst. The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung,1 is a schematic representation of an internal combustion engine with an engine braking device,
Fig. 2 ein Zylinderdruck-Kurbelwinkeldiagramm für den Regenerations- und/oder Bremsbetrieb,2 shows a cylinder pressure-crank angle diagram for the regeneration and / or braking operation,
Fig. 3 charakteristische Parameter in Abhängigkeit des Schließzeitpunktes für einen Betrieb,3 characteristic parameters as a function of the closing time for an operation,
Fig. 4 charakteristische Parameter in Abhängigkeit des Schließzeitpunktes Bremsventils für einen anderen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine,4 characteristic parameters as a function of the closing time of the brake valve for another operating point of the internal combustion engine,
Fig. 5 die Strategie für die Ansteuerung der Motorbremse undFig. 5 shows the strategy for the control of the engine brake and
Fig. 6 schematisch eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem.Fig. 6 shows schematically an internal combustion engine with an exhaust system.
Die Erfindung wird am Beispiel einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine erläutert. Es wird aber darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren von der Zylinderzahl unabhängig ist. Der Aufbau des Motorbremssystems für die Brennkraftmaschine 1 ist in Fig. 1 dargestellt. Mit Bezugszeichen 2 ist die Einspritzanlage bezeichnet, auf welche hier nicht weiter eingegangen wird.The invention will be explained using the example of a 6-cylinder internal combustion engine. It should be noted, however, that the method according to the invention is independent of the number of cylinders. The structure of the engine brake system for the internal combustion engine 1 is shown in FIG. Reference numeral 2 denotes the injection system, which will not be discussed further here.
Pro Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6 ist jeweils ein in den Brennraum mündendes Bremsventil 10 vorgesehen. Damit die Brennkraftmaschine 1 auch im Bremsbetrieb eingesetzt werden kann, müssen die zusätzlich zu herkömmlichen Ein- und Auslassventilen (nicht dargestellt) angeordneten Bremsventile 10 über ein Steuergerät 4 bedient werden können. Die Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine 1 werden konventionell über Nockenwellen gesteuert. Die Bremsventile 10 im Brennraum werden hydraulisch bedient, das heißt es existiert ein hydraulischer Zwischenkreis 12, mit Öltank 12a, Pumpe 12b, Ölverteilerleitung 12c, Drucksensor 12d und Absteuerventil 12e, der für die Betätigung der Bremsventile 10 verantwortlich ist. Pro Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6 mündet jeweils eine Hydraulikleitung 14 zum jeweiligen Bremsventil 10, wobei in jeder Hydraulikleitung 14 ein Hydraulikventil 16 angeordnet ist. Jedes Hydraulikventil 16 wird vom kombinierten Motor-Bremsensteuergerät 4 angesteuert, wodurch die Bremsleistung PB stufenlos in Abhängigkeit der Wunschbremsleistung und/oder in Abhängigkeit der zu Regeneration des Partikelfilters 32 notwendigen Abgastemperatur ATR eingestellt werden kann.Per each cylinder Ci, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 each opening into the combustion chamber brake valve 10 is provided. So that the internal combustion engine 1 can also be used in braking mode, the brake valves 10 arranged in addition to conventional intake and exhaust valves (not shown) can be operated via a control unit 4. The intake and exhaust valves of the internal combustion engine 1 are conventionally controlled via camshafts. The brake valves 10 in the combustion chamber are hydraulically operated, that is, there is a hydraulic intermediate circuit 12, with oil tank 12 a, pump 12 b, oil distribution line 12 c, pressure sensor 12 d and shut-off valve 12 e, which is responsible for the actuation of the brake valves 10. For each cylinder C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 , a respective hydraulic line 14 opens to the respective brake valve 10, wherein a hydraulic valve 16 is arranged in each hydraulic line 14. Each hydraulic valve 16 is controlled by the combined engine brake control unit 4, whereby the braking power P B can be adjusted continuously as a function of the desired braking power and / or depending on the need for regeneration of the particulate filter 32 exhaust gas temperature A TR .
Um mit der Brennkraftmaschine 1 vom gefeuerten Betrieb in den Bremsbetrieb zu wechseln, muss zunächst die Einspritzung des Einspritzsystems 2 deaktiviert werden. Anschließend wird durch die Hydraulikventile 16 ein Druck im Druckbehälter 18 (Brems-Rail) aufgebaut. Im eingeschwungenen Bremszustand, das heißt nach einigen Motorzyklen, stellt sich ein bestimmter Gasdruck im Druckbehälter 18 ein. Dieser Gasdruck wird hauptsächlich vom Ansteuerbeginn, der Ansteuerdauer, sowie vom Ansteuerende der Hydraulikventile 16 bestimmt. Beim Bremsbetrieb wird das zusätzliche Bremsventil 10 im Kompressionstakt der Brennkraftmaschine 1 geöffnet, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Dadurch strömt die Luft bzw. das Gas vom Druckbehälter 18 in den jeweiligen Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6 ein. Das bewirkt, dass bereits zu Beginn der Kompressionsphase, wenn eine Verbindung des Brennraumes mit dem Druckbehälter 18 vorherrscht, ein höherer Druck im Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6 herrscht. Wäre keine Verbindung zum Druckbehälter 18 vorhanden, würde der Ladedruck im Saugrohr der Brennkraftmaschine 1 das Druckniveau im Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6 zu Beginn der Kompressionsphase bestimmen. Durch den erhöhten Anfangsdruck bzw. die erhöhte Füllung im Druckbehälter 18 ist im Verdichtungstakt eine höhere Kompressionsarbeit notwendig. Diese erhöhte Kompressionsarbeit kann beispielsweise zum Bremsen eines Fahrzeuges oder einer bewegten Masse verwendet werden.To switch with the internal combustion engine 1 from the fired operation in the braking mode, the injection of the injection system 2 must first be disabled become. Subsequently, a pressure in the pressure vessel 18 (brake rail) is established by the hydraulic valves 16. In steady state braking, that is, after a few engine cycles, a certain gas pressure in the pressure vessel 18 is set. This gas pressure is mainly determined by the start of control, the drive time, as well as by the drive end of the hydraulic valves 16. During braking operation, the additional brake valve 10 is opened in the compression stroke of the internal combustion engine 1, as shown in FIG. 4 can be seen. As a result, the air or the gas flows from the pressure vessel 18 into the respective cylinder Ci, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 . This causes that already at the beginning of the compression phase, when a connection of the combustion chamber with the pressure vessel 18 prevails, a higher pressure in the cylinder Ci, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 prevails. If there were no connection to the pressure vessel 18, the boost pressure in the intake manifold of the internal combustion engine 1 would determine the pressure level in the cylinder C 1, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 at the beginning of the compression phase. Due to the increased initial pressure or the increased filling in the pressure vessel 18, a higher compression work is necessary in the compression stroke. This increased compression work can be used, for example, for braking a vehicle or a moving mass.
Mit 21 ist das Gaspedal und mit 20 das Bremspedal des Fahrzeuges angedeutet, über welches der Fahrer seine Bremsanforderung ab an die Steuereinheit 4 übermittelt.The accelerator pedal is denoted by 21 and the brake pedal of the vehicle by 20 via which the driver transmits his braking request a b to the control unit 4.
Von jedem Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6 geht zumindest ein zu einem Auslasssystem 30 führender Auslasskanal 32 aus. Im Auslasssystem 30 ist zumindest ein Partikelfilter 32 angeordnet. Zur Überwachung des Beladungszustandes und des Regenerationsvorganges des Partikelfilters 32 können stromauf- und stromabwärts des Partikelfilters 32 Drucksensoren 33 und/oder Temperatursensoren 34 vorgesehen sein, deren Signale an die Steuereinheit 4 geleitet werden. Wird ein erhöhter Beladungszustand des Partikelfilters 32 festgestellt, so wird der Regenerationsvorgang gestartet. Dazu wird, analog zum normalen Bremsbetrieb, durch die Hydraulikventile 16 ein Druck im Druckbehälter 18 aufgebaut. Die Steuerzeiten der Hydraulikventile 16 entspricht im Regenerationsbetrieb im Wesentlichen den Steuerzeiten des normalen Motor-Bremsbetriebes. Zum Unterschied zum normalen Motor-Bremsbetrieb wird im Regenerationsbetrieb - ohne angeforderter Bremsleistung - die Kraftstoffeinspritzung nicht ausgesetzt. Vielmehr wird zur Kompensation des Bremsmomentes die eingespritzte Kraftstoffmenge kurzfristig erhöht, um einen Leistungsabfall zu vermeiden. Durch das durch die Steuereinheit 4 vorgegebene zusätzliche Antriebsmoment wird das regenerationsbedingte Bremsmoment ausgeglichen, wodurch der Regenerationsvorgang völlig unbemerkt von den Fahrzeuginsassen stattfindet. Fig. 2 zeigt eine typische Steuerungsstrategie für einen Bremsvorgang und/oder für einen Regenerationsvorgang des Partikelfilters 32. Die Kurve p beschreibt den Druck im Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6, die Kurve pr den Druck im Druckbehälter 18 für eine 6-Zylinder-Brennkraftmaschine. Deutlich erkennt man die Pulsationen des Druckes pr im Druckbehälter 18 mit einem Zündabstand von 120° Kurbelwinkel KW. Die Balken O und I zeigen die Steuerzeiten für das Auslass- bzw. Einlassventil. Der Balken für das Bremsventil 10 ist mit B bezeichnet. Das Bremsventil 10 öffnet in dieser konkreten Ausführung bei etwa 550° Kurbelwinkel KW nach dem oberen Totpunkt der Zündung ZOT und schließt bei etwa 30° Kurbelwinkel KW nach dem oberen Totpunkt der Zündung ZOT. Die Balken Bi und B2 zeigen eine weitere Öffnungsstrategie für das Bremsventil 10. Dabei findet ein erstes Öffnen Bi des Bremsventils 10 zwischen etwa 90° und 210° Kurbelwinkel KW und ein zweites Öffnen B2 zwischen 360° und 540° Kurbelwinkel KW statt. Mit strichlierten Linien ist der maximale Öffnungsbereich für das erste Öffnen Bi angedeutet. Durch Vorverstellen des Öffnungszeitpunktes während der Öffnung Bi in der Expansionsphase kann die Abgastemperatur angehoben werden. Durch die zweimalige Öffnung Bi, B2 des Bremsventils 10 kommt es zu folgenden Effekten :From each cylinder C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 , at least one outlet channel 32 leading to an outlet system 30 emerges. In the exhaust system 30, at least one particulate filter 32 is arranged. For monitoring the loading state and the regeneration process of the particulate filter 32, pressure sensors 33 and / or temperature sensors 34 can be provided upstream and downstream of the particulate filter 34, the signals of which are passed to the control unit 4. If an increased load state of the particulate filter 32 is detected, the regeneration process is started. For this purpose, analogous to the normal braking operation, a pressure in the pressure vessel 18 is established by the hydraulic valves 16. The timing of the hydraulic valves 16 corresponds in the regeneration mode substantially the timing of the normal engine brake operation. In contrast to the normal engine brake operation, in the regeneration mode - without requested braking power - the fuel injection is not suspended. Rather, the injected fuel quantity is increased in the short term to compensate for the braking torque in order to avoid a power loss. By the predetermined by the control unit 4 additional drive torque, the regeneration-related braking torque is compensated, whereby the regeneration process takes place completely unnoticed by the vehicle occupants. FIG. 2 shows a typical control strategy for a braking process and / or for a regeneration process of the particulate filter 32. The curve p describes the pressure in the cylinder C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 , the curve p r den Pressure in the pressure vessel 18 for a 6-cylinder internal combustion engine. Clearly recognizes the pulsations of the pressure p r in the pressure vessel 18 with a firing interval of 120 ° crank angle KW. Bars O and I show the timing for the exhaust and intake valves, respectively. The bar for the brake valve 10 is designated B. The brake valve 10 opens in this specific embodiment at about 550 ° crank angle KW to the top dead center of the ignition ZOT and closes at about 30 ° crank angle KW to the top dead center of the ignition ZOT. The bars Bi and B 2 show a further opening strategy for the brake valve 10. In this case, a first opening Bi of the brake valve 10 takes place between approximately 90 ° and 210 ° crank angle KW and a second opening B 2 between 360 ° and 540 ° crank angle KW. Dashed lines indicate the maximum opening range for the first opening Bi. By advancing the opening timing during the opening Bi in the expansion phase, the exhaust gas temperature can be raised. Due to the two-time opening Bi, B 2 of the brake valve 10, the following effects occur:
Der λ-Wert der Brennkraftmaschine sinkt ab, weil viel rückgeführtes Abgas generiert wird. Dadurch steigt die Abgastemperatur TA, die NOx-Emissio- nen sinken.The λ value of the internal combustion engine decreases, because a lot of recirculated exhaust gas is generated. As a result, the exhaust gas temperature T A , the NO x emissions decrease decreases.
- Der Wirkungsgrad des Hochdruckteils nimmt ab. Dies hat den Vorteil, dass ebenfalls die Abgastemperatur steigt, da mehr Kraftstoff eingespritzt werden muss, um die Leistung konstant zu halten.- The efficiency of the high pressure part decreases. This has the advantage that the exhaust gas temperature also increases because more fuel has to be injected to keep the power constant.
Um im Falle einer Regenerationsanforderung die Abgastemperatur über das Bremsmoment bzw. die Bremsleistung beeinflussen zu können, ist in den Figuren 3 und 4 der Zusammenhang zwischen der Bremsleistung PB und dem Schließwinkel bzw. Schließzeitpunkt α in °Kurbelwinkel KW des Bremsventils 10 bei unterschiedlichen Drehzahlen ni und n2 dargestellt, wobei die Drehzahl ni bei dem in Fig. 3 dargestellten Betriebspunkt beispielsweise kleiner ist als die Drehzahl n2 des bei Fig. 4 gefahrenen Betriebspunktes. Es ist zu ersehen, dass eine maximale Bremsleistung PB bzw. ein maximaler Druck pr, bzw. eine maximale Temperatur Tr im Druckbehälter 18 in Fig. 3 sich bei einem Schließzeitpunkt α von etwa 38° Kurbelwinkel KW nach dem oberen Totpunkt der Zündung ZOT einstellt. Wird der Schließzeitpunkt in Richtung spät verstellt, sinkt die Bremsleistung gemäß dem gezeigten Zusammenhang mit dem Schließzeitpunkt α (ebenso sinkt im konkreten Fall die Bremsleistung PB bei einer Verschiebung in Richtung "früh"). Dieser Zusammenhang kann in der Bremsensteuerung benutzt werden, um die Bremsleistung PB entsprechend der Anforderung des Fahrers einzustellen. Wie in Fig. 4 erkennbar ist, müssen aber speziell bei niedrigen Drehzahlen gewisse Grenzbereiche eingehalten werden, damit es zu keinen unzulässig hohen Drücken pr bzw. Temperaturen T1- im Druckbehälter 18 kommt.In order to be able to influence the exhaust gas temperature in the case of a regeneration request via the braking torque or the braking power, the relationship between the braking power P B and the closing angle or closing time α in ° crank angle KW of the brake valve 10 at different speeds ni in Figures 3 and 4 and n 2 shown, wherein the rotational speed ni at the operating point shown in Fig. 3, for example, is smaller than the rotational speed n 2 of the driven in Fig. 4 operating point. It can be seen that a maximum braking power P B or a maximum pressure p r , or a maximum temperature T r in the pressure vessel 18 in FIG. 3 at a closing time α of about 38 ° crank angle KW after top dead center of the ignition ZOT setting. If the closing time is adjusted in the direction of late, the braking power decreases in accordance with the relationship shown with the closing time α (also drops in the specific case, the braking power P B at a shift in the direction of "early"). This relationship can be used in the brake control to adjust the braking power P B according to the driver's request. As in FIG. 4 can be seen, but must be complied with, especially at low speeds certain limits, so that it does not come to unacceptably high pressures p r and temperatures T 1 - in the pressure vessel 18.
In Abbildung 5 ist eine einfache Struktur für die Realisierung der Bremsensteuerung für die Regeneration des Partikelfilters 32 dargestellt. Der Fahrer übergibt gegebenenfalls mittels Bremspedal 20 seine Bremsanforderung ab an die Steuerung. Über die Sensoren 33, 34 und die Steuereinheit 4 wird der Regenerationsbedarf des Partikelfilters 32 festgestellt und gegebenenfalls ein Regenerationszyklus eingeleitet, wobei eine vordefinierte hohe Regenerations-Abgastem- peratur TAR angepeilt wird. In Abhängigkeit der Differenz ΔtA zwischen der aktuellen Abgastemperatur TA und der gewünschten Abgastemperatur TAR im Bereich des Partikelfilters 32 und der Bremsanforderung ab wird die Wunschbremsleistung PB bzw. das von der jeweiligen Motordrehzahl n durch das Kennfeld KFMb abhängige Wunschbremsmoment Mb in die Bremssteuerungseinrichtung 4 eingelesen. Der Öffnungszeitpunkt α0 wird über eine Kennlinie Ka0 bestimmt, die über der Motordrehzahl n aufgetragen ist. Die Vorsteuerung des Schließen des Bremsventils 10 kann über die in den Fig. 3 bzw. Fig. 4 gezeigten Zusammenhänge ermittelt werden. Die Parameter für das Kennfeld KFαc können somit über diesen Zusammenhang parametriert werden. Da durch das Schließen zu einem falschen Zeitpunkt die Temperatur T1- und der Druck pr im Druckbehälter 18 zu stark ansteigen und somit eine mechanische Zerstörung des Bremssystems herbeiführen könnte, muss der Schließzeitpunkt αc auf die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 abgestimmt werden. Um eine Zerstörung des Bremssystems zu vermeiden, ist es zweckmäßig, den Schließzeitpunkt αc in Richtung des oberen Totpunktes der Zündung ZOT zu begrenzen. Diese Begrenzung kann am einfachsten durch Kennfelder realisiert werden, welche die entsprechenden Grenzwerte in Abhängigkeit der Motordrehzahl n, des Bremsdruckes pr im Druckbehälter 18 und der Temperatur Tr im Druckbehälter 18 beinhalten. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass der Druck pr und/oder die Temperatur T1- gemessen und mit jeweils einem Maximalwert prmaχ, Trmax verglichen wird, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Übersteigen diese Größen einen Grenzwert, so sorgen die Regler PCTRL und TCTRL zuverlässig dafür, dass der Schließzeitpunkt αc in Richtung geringerer Bremsleistung verlegt wird, was zu einer Verringerung der Druck- und Temperaturbelastung führt. Aufgrund der Regler PCTRL bzw. TCTRL wird ein durch das Kennfeld KFαc ermittelter Basiswert αco für den Schließzeitpunkt des Bremsventils 10 um eine Größe Δαcp bzw. ΔαcT verändert, wodurch sich der endgültige Schließzeitpunkt αc des Bremsventils 10 ergibt.In Figure 5, a simple structure for the realization of the brake control for the regeneration of the particulate filter 32 is shown. If necessary, the driver transfers his braking request to the controller by means of brake pedal 20. About the sensors 33, 34 and the control unit 4, the regeneration requirement of the particulate filter 32 is detected and optionally initiated a regeneration cycle, wherein a predefined high regeneration exhaust gas temperature T AR is targeted. In dependence on the difference .DELTA.t A between the current exhaust gas temperature T A and the desired exhaust gas temperature T AR in the region of the particulate filter 32 and the braking request a b the desired braking power P B, and is available from the respective motor speed n by the map KFM b dependent desired braking moment M b read into the brake control device 4. The opening time α 0 is determined via a characteristic Ka 0 , which is plotted against the engine speed n. The precontrol of the closing of the brake valve 10 can be determined via the relationships shown in FIGS. 3 and 4. The parameters for the map KFα c can thus be parameterized in this context. Since the closing at an incorrect time, the temperature T 1 - and the pressure p r in the pressure vessel 18 increase too much and thus cause mechanical destruction of the brake system, the closing time α c must be adjusted to the speed n of the engine 1. In order to avoid destruction of the brake system, it is expedient to limit the closing time α c in the direction of the top dead center of the ignition ZOT. This limitation can most easily be realized by maps which contain the corresponding limit values as a function of the engine speed n, the brake pressure p r in the pressure vessel 18 and the temperature T r in the pressure vessel 18. Alternatively, it can also be provided that the pressure p r and / or the temperature T 1 - is measured and compared with a respective maximum value p rma χ, T rmax , as shown in FIG. 5. If these values exceed a limit value, then the regulators PCTRL and TCTRL reliably ensure that the closing time α c is shifted in the direction of lower braking power, which leads to a reduction in the pressure and temperature load. Due to the controller PCTRL or TCTRL a determined by the map KFα c base value α c o for the closing time of the brake valve 10 by a size Δα cp or Δα cT changed, resulting in the final closing time α c of the brake valve 10.
Soll die Bremsleistung PB und/oder die Abgastemperatur TA bei einer gewissen Drehzahl n erhöht werden, so muss nur der Schließzeitpunkt αc in Richtung früh verstellt werden. Somit ist durch Modulation des Schließzeitpunktes αc des Bremsventils 10 eine Erhöhung oder eine Verringerung der Bremsleistung PB möglich.If the braking power P B and / or the exhaust gas temperature T A are increased at a certain speed n, then only the closing time α c in the direction of early be adjusted. Thus, by modulating the closing time α c of the brake valve 10, an increase or a decrease in the braking power P B is possible.
Voraussetzung für das korrekte Funktionieren des Systems ist, dass die entstandene Verlustwärme in den Zylindern Ci, C2, C3, C4, C5, C6 und im Druckbehälter 18 entsprechend abgeführt werden kann. In der konkreten Ausführung wurde die Verlustleistung im Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6 über das Kühlwasser und im Druckbehälter 18 über einen zusätzlichen Wärmetauscher abgeführt (nicht dargestellt). Ist die Kühlung nicht ausreichend, wird in der oben beschriebenen Weise die Bremsleistung PB automatisch reduziert, um jede Überhitzung des Systems zu vermeiden.Prerequisite for the correct functioning of the system is that the resulting heat loss in the cylinders Ci, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 and in the pressure vessel 18 can be discharged accordingly. In the concrete embodiment, the power loss in the cylinder Ci, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 was discharged via the cooling water and in the pressure vessel 18 via an additional heat exchanger (not shown). If the cooling is not sufficient, the braking power P B is automatically reduced in the manner described above, to avoid any overheating of the system.
Die Fig. 6 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 101 mit einem Abgassystem 102, in welchem ein Abgasreinigungssystem 103 mit einem Katalysator 104 angeordnet ist. Der Katalysator 104 ist symmetrisch bezüglich einer normal zur Strömungsrichtung S angeordneten Querebene ε ausgebildet. Darüber hinaus sind auch die zum Beispiel im Eintritts- bzw. Austrittskonus 107, 108 des Katalysators 104 vorgesehenen Einbaupositionen 105, 106 für nicht weiter dargestellte Lambdasonden stromauf- bzw. stromabwärts des Katalysators 104 symmetrisch bezüglich der Querebene ε ausgebildet. Auch die Einschraubgewinde für die Lambdasonden sind identisch angeführt, so dass bei umgekehrten Einbau des Katalysators 104 die Lambdasonden gewechselt werden können, wobei die Funktion der stromaufwärtigen Lambdasonde als Regelsonde und der stromabwärti- gen Lambdasonde als Diagnosesonde beibehalten werden kann. Dadurch ist es möglich, den Katalysator 104 unabhängig von der Abgasströmungsrichtung S in das Abgassystem 102 einzubauen.FIG. 6 schematically shows an internal combustion engine 101 with an exhaust system 102, in which an exhaust gas purification system 103 with a catalytic converter 104 is arranged. The catalyst 104 is formed symmetrically with respect to a normal to the flow direction S arranged transverse plane ε. In addition, the installation positions 105, 106 provided, for example, in the inlet or outlet cone 107, 108 of the catalytic converter 104 are also formed symmetrically with respect to the transverse plane ε for lambda probes not shown further upstream or downstream of the catalytic converter 104. The screw threads for the lambda probes are also identical, so that when the catalytic converter 104 is installed in reverse, the lambda probes can be exchanged, wherein the function of the upstream lambda probe can be maintained as a control probe and the downstream lambda probe as a diagnostic probe. As a result, it is possible to install the catalytic converter 104 in the exhaust system 102 independently of the exhaust gas flow direction S.
Nach einer definierten Kilometerleistung von beispielsweise 100.000 km wird der Katalysator 104 aus dem Abgasstrang ausgebaut und um 180° gewendet wieder eingebaut. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass das Abgas aus der Brennkraftmaschine 101 zuerst eingangsseitige Bereiche 104a des Katalysators durchströmt, welche bisher wenig oder nicht der thermischen Alterung unterworfen waren, während stark gealterte Bereiche 104b im Bereich des Katalysatoraustrittes angeordnet sind. Durch Wenden des Katalysators 104 im Auslasssystem 102 kann somit die Konvertierrate des Katalysators 104 wesentlich verbessert und die Qualität der Emissionen ohne Erneuerung des Katalysators 104 entscheidend angehoben werden.After a defined mileage of, for example, 100,000 km, the catalytic converter 104 is removed from the exhaust system and turned over again by 180 °. By means of this measure it is achieved that the exhaust gas from the internal combustion engine 101 first flows through inlet-side regions 104a of the catalytic converter, which were previously subjected to little or no thermal aging, while strongly aged regions 104b are arranged in the region of the catalyst outlet. By turning the catalyst 104 in the exhaust system 102, the conversion rate of the catalytic converter 104 can thus be substantially improved and the quality of the emissions can be significantly increased without renewing the catalytic converter 104.
Die Maßnahme des gewendeten Einbaues eines symmetrisch ausgebildeten Katalysators 104 kann auch beim Einsatz von gebrauchten Austauschkatalysatoren verwendet werden, welche in umgekehrter Strömungsrichtung als bisher einge- baut werden und bildet somit eine kostengünstige Möglichkeit, um die Laufzeit der Brennkraftmaschine 101 unter Einhaltung der gesetzlichen Emissionsvorgaben ohne Einsatz eines neuen Katalysators zu verlängern. The measure of the reversed installation of a symmetrically designed catalytic converter 104 can also be used when using used replacement catalytic converters which are arranged in the reverse flow direction than previously used. be builds and thus forms a cost-effective way to extend the life of the internal combustion engine 101 in compliance with legal emission specifications without the use of a new catalyst.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Regeneration zumindest einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, welche eine Motorbremseinrichtung, mit pro Zylinder zumindest einem, vorzugsweise zusätzlich zu Ein- und Auslassventilen vorgesehenen Bremsventil aufweist, welches jeweils zumindest einen in einen gemeinsamen Druckbehälter (Brems-Rail) mündenden Strömungsweg steuert, mit zumindest einem Partikelfilter im Abgasstrang, wobei die Abgastemperatur während der Regeneration des Partikelfilters kurzfristig durch Steigerung der Motorlast erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Abgastemperatur während der Regeneration des Partikelfilters das Bremsventil während eines Arbeitszyklus zumindest einmal geöffnet wird.1. A method for regenerating at least one exhaust gas aftertreatment device, in particular a particulate filter of an internal combustion engine, in particular a multi-cylinder internal combustion engine, which has an engine braking device, with at least one, preferably in addition to inlet and outlet valves provided brake valve, which in each case at least one in a common pressure vessel (Brake rail) opening flow path controls, with at least one particulate filter in the exhaust system, the exhaust gas temperature is increased during regeneration of the particulate filter in the short term by increasing the engine load, characterized in that to increase the exhaust gas temperature during the regeneration of the particulate filter, the brake valve during a work cycle is opened at least once.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsventils vor, zu Beginn und/oder während der Kompressionsphase des Zylinders zumindest einmal geöffnet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the brake valve before, at the beginning and / or during the compression phase of the cylinder is opened at least once.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsventil während des Expansionstaktes zumindest einmal geöffnet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the brake valve is opened at least once during the expansion stroke.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsventil im Auslasstakt geschlossen wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the brake valve is closed in the exhaust stroke.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsventil während des Einlasstaktes zumindest einmal geöffnet wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the brake valve is opened at least once during the intake stroke.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Erhöhung der Abgastemperatur bei einer Öffnung des Hubventils während des Expansionstaktes der Öffnungszeitpunkt nach früh verstellt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that for an increase in the exhaust gas temperature at an opening of the lift valve during the expansion stroke of the opening time is adjusted to early.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur durch Verändern der Steuerzeiten des Bremsventils, vorzugsweise des Schließzeitpunktes des Bremsventils, gesteuert wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the exhaust gas temperature is controlled by changing the timing of the brake valve, preferably the closing time of the brake valve.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließzeitpunkt in Abhängigkeit der Partikelbeladung und/oder der Temperatur im Abgasstrang im Bereich des Partikelfilters ermittelt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the closing time is determined as a function of the particle loading and / or the temperature in the exhaust gas line in the region of the particulate filter.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließzeitpunkt in Abhängigkeit der Motordrehzahl ermittelt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the closing time is determined in dependence on the engine speed.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließzeitpunkt in Abhängigkeit des Druckes und/oder der Temperatur im Druckbehälter ermittelt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the closing time is determined in dependence on the pressure and / or the temperature in the pressure vessel.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Erhöhung der Abgastemperatur der Schließzeitpunkt nach früh verstellt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that is adjusted for an increase in the exhaust gas temperature of the closing time to early.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungszeitpunkt des Bremsventils in Abhängigkeit der Motordrehzahl ermittelt wird.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the opening time of the brake valve is determined in dependence on the engine speed.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Abgastemperatur motorkennfeldabhängig ein Basiswert für den Schließzeitpunkt bestimmt wird.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that due to the exhaust gas temperature engine map-dependent, a base value for the closing time is determined.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiswert für den Schließzeitpunkt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, sowie in Abhängigkeit des Druckes und/oder der Temperatur im Druckbehälter in Richtung des oberen Totpunktes der Zündung begrenzt wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the base value for the closing time is limited in dependence on the engine speed, and in dependence of the pressure and / or the temperature in the pressure vessel in the direction of the top dead center of the ignition.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiswert in Abhängigkeit des Druckes und/oder der Temperatur im Druckbehälter erhöht oder reduziert wird.15. The method according to claim 14, characterized in that the base value is increased or reduced in dependence on the pressure and / or the temperature in the pressure vessel.
16. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (101) mit einem Abgasreinigungssystem (103), welches zumindest einen Katalysator (104) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasströmung durch den Katalysator (104) in Abhängigkeit der Betriebszeit der Brennkraftmaschine (101) umgekehrt wird.16. A method for operating an internal combustion engine (101) with an exhaust gas purification system (103), which comprises at least one catalyst (104), characterized in that the exhaust gas flow through the catalyst (104) in dependence on the operating time of the internal combustion engine (101) is reversed.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator nach einer definierten Betriebszeit der Brennkraftmaschine (101) gewendet wird, wobei vorzugsweise der Katalysator (104) ausgebaut und um 180° verdreht mit umgekehrter Strömungsrichtung (S) wieder in das Abgasreinigungssystem (103) eingebaut wird.17. The method according to claim 16, characterized in that the catalyst after a defined operating time of the internal combustion engine (101) is turned, wherein preferably the catalyst (104) removed and rotated by 180 ° with reverse flow direction (S) back into the exhaust gas purification system (103 ) is installed.
18. Brennkraftmaschine (101) mit einem Abgasreinigungssystem, welches zumindest einen Katalysator (104) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasströmung durch den Katalysator (104) umkehrbar ist. 18. Internal combustion engine (101) with an exhaust gas purification system which has at least one catalytic converter (104), characterized in that the exhaust gas flow through the catalytic converter (104) is reversible.
19. Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (104) bezüglich einer Querebene (ε), welche normal zur Strömungsrichtung (S) angeordnet ist, symmetrisch ausgebildet ist.19. Internal combustion engine (101) according to claim 18, characterized in that the catalyst (104) with respect to a transverse plane (ε), which is arranged normal to the flow direction (S), is formed symmetrically.
20. Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 19, wobei eine erste Einbauposition (105) für eine erste Lambdasonde stromaufwärts des Katalysators (104) und eine zweite Einbauposition (106) für eine zweite Lambdasonde stromabwärts des Katalysators (104) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Einbaupositionen (105, 106) symmetrisch bezüglich der Querebene (ε) angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Einbaupositionen (105, 106) identische Einschraubgewinde für die Lambdasonden aufweisen.20. Internal combustion engine (101) according to claim 19, wherein a first installation position (105) for a first lambda probe upstream of the catalytic converter (104) and a second installation position (106) for a second lambda probe downstream of the catalytic converter (104) are provided, characterized in that the first and the second installation positions (105, 106) are arranged symmetrically with respect to the transverse plane (ε), wherein preferably the installation positions (105, 106) have identical threaded-in threads for the lambda probes.
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