Verfahren und Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors.

Die kontinuierliche Verschärfung der Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die Fahrzeughersteller, welche durch entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der motorischen Rohemissionen und durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung gelöst werden. Mit Einführung der nächsten Gesetzgebungsstufe EU6 wird auch für Ottomotoren ein Grenzwert für eine Partikelanzahl vorgeschrieben. Dies kann dazu führen, dass bei einigen Modellen der Einsatz eines Ottopartikelfilters nötig sein kann. Im Fahrbetrieb wird ein solcher Ottopartikelfilter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser

Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. Um eine thermische

Oxidation des im Ottopartikelfilter zurückgehaltenen Rußes mit Sauerstoff durchzuführen, ist ein hinreichend hohes Temperaturniveau in Verbindung mit gleichzeitig vorhandenem Sauerstoff in der Abgasanlage des Ottomotors notwendig. Dadurch kann der in dem Partikelfilter

eingelagerte Ruß oxidiert werden. Da moderne Ottomotoren normalerweise ohne

Sauerstoffüberschuss mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ=1 ) betrieben werden, sind dazu zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Der Eintrag von Sauerstoff in den Abgaskanal erfolgt in der Regel über Schubphasen des Verbrennungsmotors, in denen kein Kraftstoff in die Brennräume eingespritzt wird. Alternativ dazu kommen als Maßnahmen beispielsweise eine zeitweise Magerverstellung des Ottomotors oder das Einblasen von Sekundärluft in die Abgasanlage infrage. Bevorzugt wird bislang eine Magerverstellung des Ottomotors angewandt, da dieses Verfahren ohne zusätzliche Bauteile auskommt und in den meisten Betriebspunkten des Ottomotors eine ausreichende Sauerstoffmenge liefern kann. Zur Überwachung und Steuerung der Regeneration ist zudem eine aufwendige Sensorik notwendig. Nachteilig an einer solchen Magerverstellung ist jedoch, dass gerade bei niedrigem

Teillastbetrieb und bei Kurzstreckenfahrten nicht die zur Regeneration des Partikelfilters notwendige Regenerationstemperatur erreicht wird. Zudem können während der

Magerverstellung des Motors Stickoxide nicht hinreichend durch den Drei-Wege-Katalysator konvertiert werden, da kein Reduktionsmittel für die Stickoxide vorliegt. Aus der DE 10 2010 044 102 A1 ist ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem der Verbrennungsmotor während der Regeneration des Partikelfilters mit einer stöchiometrischen Verbrennungsluft betrieben wird und zur Regeneration des Partikelfilters Sekundärluft in den Abgaskanal eingeblasen wird. Dabei wird die

Sekundärluftmenge über ein passives Flatterventil in den Abgaskanal eingebracht, sodass eine quantitative Regelung der Sekundärluftmenge nicht möglich ist.

Aus der DE 10 201 1 002 438 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines

Partikelfilters im Abgaskanal eines Verbrennungsmotors bekannt, wobei in Betriebszuständen des Verbrennungsmotors mit geringen Abgasvolumina stromaufwärts des Partikelfilters Sekundärluft in den Abgaskanal eingebracht wird, um den Volumenstrom zu vergrößern und somit das Ergebnis einer Differenzdruckmessung zu verbessern, aus welcher ein

Beladungszustand des Partikelfilters berechnet wird.

Aus der DE 10 2013 220 899 A1 ist ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters im Abgaskanal eines Verbrennungsmotors bekannt, wobei das Aufheizen des Partikelfilters durch motorische Maßnahmen des Verbrennungsmotors erfolgt und wobei der Partikelfilter durch den Restsauerstoff eines mageren Verbrennungsgemischs des Verbrennungsmotors mit dem für die Oxidation der darin zurückgehaltenen Rußpartikel versorgt wird, wobei die Regelung der Restsauerstoffmenge zur Oxidation des Rußes auf dem Partikelfilter durch die Lambdaregelung des Verbrennungsmotors erfolgt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung

bereitzustellen, mit denen sowohl ein hinreichend hohes Temperaturniveau für eine

Regeneration des Partikelfilters erreicht wird, als auch während der Regeneration des

Partikelfilters der Schadstoffausstoß möglichst gering gehalten wird, sodass die Regeneration des Partikelfilters im Wesentlichen emissionsneutral erfolgen kann.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgaskanal sowie einem im Abgaskanal angeordneten Drei-Wege-Katalysator und einem stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators angeordneten Partikelfilter gelöst, welches folgende Schritte umfasst:

Betreiben des Verbrennungsmotors mit einem stöchiometrischen

Verbrennungsluftverhältnis, wobei die bei der Verbrennung entstehenden Rußpartikel in dem Partikelfilter zurückgehalten werden, Ermittlung eines Beladungszustandes des Partikelfilters,

Einleiten einer Regeneration des Partikelfilters, wenn bei der Ermittlung des

Beladungszustandes die Notwendigkeit einer Regeneration des Partikelfilters erkannt wird,

Anheben der Abgastemperatur durch einen Betrieb des Verbrennungsmotors mit einem unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsluftverhältnis und gleichzeitiger Einbringung von Sekundärluft in den Abgaskanal stromaufwärts des Partikelfilters, wobei die unverbrannten Kraftstoffkomponenten exotherm im Abgaskanal oder auf dem

Partikelfilter mit der Sekundärluft umgesetzt werden,

Regeneration des Partikelfilters, wobei der Verbrennungsmotor mit einem

stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird und Sekundärluft in den Abgaskanal eingebracht wird, wobei

die Menge der in den Abgaskanal eingebrachten Sekundärluft über eine Lambdasonde stromabwärts einer Einleitstelle für die Sekundärluft und stromaufwärts des Partikelfilters geregelt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Partikelfilter auch bei niedriger Teillast oder im Kurzstreckenbetrieb auf eine Regenerationstemperatur aufgeheizt werden und darauffolgend regeneriert werden. Dabei kann durch die Lambdaregelung verhindert werden, dass zu viel Sauerstoff in den Abgaskanal gelangt und es so zu einem unkontrollierten Abbrand des Rußes und einer damit verbundenen thermischen Schädigung des Partikelfilters kommen kann. Die Nutzung der Lambdasonde anstelle von Druck- und/oder Temperatursensoren hat den Vorteil, dass direkt die Gemischgüte stromaufwärts des Partikelfilters im Abgaskanal bewertet werden kann.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen

Verfahrens zur Regeneration des Partikelfilters möglich.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Heizphase durch die Sekundärlufteinbringung ein stöchiometrisches Mischungsluftverhältnis im Abgaskanal stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators und stromaufwärts des Partikelfilters eingestellt wird. Dadurch kann die Sekundärluftmenge derart angepasst werden, dass während der Heizphase des Partikelfilters die unverbrannten Kraftstoffkomponenten vollständig im Abgaskanal und/oder auf dem Partikelfilter mit dem Sauerstoff aus der Sekundärluftversorgung umgesetzt werden, sodass es auch während der Heizphase nicht zu einem Abstieg der Emissionen an Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) kommt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Temperatur des Partikelfilters ermittelt wird und in der Regenerationsphase die Temperatur oberhalb der Regenerationstemperatur des Partikelfilters gehalten wird. Dadurch kann der Partikelfilter in einem kontinuierlichen Prozess regeneriert werden, bis die komplette Rußbeladung des Partikelfilters oxidiert ist. Dadurch wird eine Restbeladung des Partikelfilters vermieden, welche zu häufigeren Regenerationszyklen und damit verbunden zu einem Mehrverbrauch des Verbrennungsmotors führt.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Erreichen einer oberen Schwellentemperatur des Partikelfilters die Einbringung von Sekundärluft gestoppt wird. Durch einen Stopp der Sekundärlufteinbringung wird die exotherme Oxidation der im

Partikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikel gestoppt, sodass eine weitere Erwärmung des Partikelfilters vermieden werden kann. Somit kann die Lambdaregelung der Sekundärluft wirksam zum Bauteilschutz des Partikelfilters beitragen.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die in den Abgaskanal eindosierte Sekundärluftmenge in Abhängigkeit einer Temperaturänderung des Partikelfilters erhöht oder reduziert wird. Dabei wird die Sekundärluftmenge bei einem Anstieg der Partikelfiltertemperatur während der Regeneration des Partikelfilters so weit gedrosselt, bis der Temperaturanstieg beendet ist. Bei einem Abfallen der Partikelfiltertemperatur wird die Sekundärluftmenge während der

Regeneration erhöht, um den Rußumsatz durch Oxidation auf dem Partikelfilter zu erhöhen und durch diese exotherme Reaktion die Temperatur des Partikelfilters zu stabilisieren oder zu erhöhen, damit die Temperatur des Partikelfilters während der Regeneration nicht unter die Regenerationstemperatur absinkt und keine weiteren Rußpartikel oxidiert werden können.

Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die in den Abgaskanal eingebrachte

Sekundärluftmenge mit zunehmender Regeneration des Partikelfilters und abnehmendem Beladungsgrad des Partikelfilters erhöht wird. Gerade bei stark beladenen Partikelfiltern und hohen Abgastemperaturen besteht die Gefahr, dass eine zu große Sauerstoffkonzentration im Abgaskanal zu einem unkontrollierten Rußabbrand auf dem Partikelfilter und einer damit verbundenen thermischen Schädigung des Partikelfilters führt. Je geringer die Beladung des Partikelfilters, desto geringer die weitere Oxidation von in dem Partikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikeln. Damit die Reaktionsgeschwindigkeit zu Ende des Regenerationsvorgangs nicht zu stark abnimmt und die Temperatur am Partikelfilter unter die Regenerationstemperatur fällt, kann die Sauerstoffmenge durch zusätzliche Sekundärluft im Laufe der Regeneration erhöht werden.

Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass zur Regeneration des Partikelfilters mehrfach zwischen der Heizphase und der Regenerationsphase alternierend gewechselt wird. Somit kann sichergestellt werden, dass es einerseits während der Regeneration des Partikelfilters nicht zu einer Überhitzung und Schädigung des Bauteils kommt und der Regenerationsprozess nach Absinken der Temperatur unter die Regenerationstemperatur sooft wieder gestartet wird, bis eine vollständig Regeneration des Partikelfilters erreicht ist.

Gemäß einer Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Temperatur während der Regeneration des Partikelfilters in einem Temperaturfenster zwischen der

Regenerationstemperatur und einer oberen Schwellentemperatur gehalten wird. In diesem Temperaturfenster ist eine effiziente und schnelle Oxidation von im Partikelfilter

zurückgehaltenen Rußpartikeln möglich, wobei die thermische Dauerhaltbarkeit des

Partikelfilters nicht herabgesetzt wird und somit die Lebenszeit des Partikelfilters verkürzt wird.

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Temperaturfenster in einem Bereich von 600°C bis 750°C liegt. Temperaturen oberhalb von 600°C haben sich bei bestehenden Partikelfiltern als effizient für die Oxidation der Rußpartikel herausgestellt. Dabei halten diese Partikelfilter Temperaturen von bis zu 750°C dauerhaft aus, ohne dass es zu einer Schädigung des

Partikelfilters kommt.

Gemäß einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die

Sekundärluftmenge derart eingeregelt wird, dass sich während der Regeneration des

Partikelfilters ein Mischungsluftverhältnis stromauf des Partikelfilters von λ _Μ von 1 ,05 bis 1 ,4 einstellt. Somit ist eine Oxidation des im Partikelfilter zurückgehaltenen Rußes ohne einen unkontrollierten Rußabbrand möglich. Besonders vorteilhaft ist ein Bereich von 1 , 1 < λ _Μ < 1 ,25, da in diesem Bereich hinreichend große Umsatzraten bei der Rußoxidation erreicht werden, um eine schnelle Regeneration des Partikelfilters zu gewährleisten.

In einer bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die

Sekundärluftmenge derart eingeregelt wird, dass sich stromab des Partikelfilters ein

stöchiometrisches Abgas einstellt. Dabei wird durch die Sekundärlufteinbringung so viel Sauerstoff zur Verfügung gestellt, wie für eine stöchiometrische Oxidation der Rußpartikel notwendig ist. Somit kann die Oxidation der Rußpartikel im Wesentlichen emissionsneutral durchgeführt werden und es entstehen keine zusätzlichen, schädlichen Sekundäremissionen durch die Regeneration des Partikelfilters.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die

Heizphase erst dann beendet wird, wenn der Partikelfilter eine Temperatur erreicht, welche mindestens 30°, vorzugsweise mindestens 50° oberhalb der Regenerationstemperatur des Partikelfilters liegt. Somit ist gewährleistet, dass auch bei einer anfänglich geringen exothermen Oxidation der Rußpartikel die Temperatur des Partikelfilters nicht sofort wieder unter die

Regenerationstemperatur abfällt und die Regeneration somit zum Stillstand kommt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass an der Sekundärluftleitung eine Sekundärluftpumpe angeordnet ist. Durch die Sekundärluftpumpe kann auch bei niedriger Motorlast ein hinreichend großes Druckgefälle erzeugt werden, um Luft gegen den

Abgasgegendruck in den Abgaskanal zu fördern. Alternativ kann bei Verbrennungsmotoren mit einem elektrisch angetriebenen Verdichter die Sekundärluft auch aus der Ansaugleitung stromab des Verdichters entnommen und in den Abgaskanal eingeleitet werden. Somit kann bei elektrisch aufgeladenen Motoren auf einen zusätzlichen Druckerzeuger, beispielsweise eine Sekundärluftpumpe, verzichtet werden und die Sekundärluft aus dem Ansaugtrakt des

Verbrennungsmotors entnommen werden.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgaskanal, einem im Abgaskanal angeordneten Drei-Wege-Katalysator, einem im Abgaskanal stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators angeordneten Partikelfilter, sowie mit einer Sekundärluftversorgung vorgeschlagen, wobei zwischen dem Drei-Wege-Katalysator und dem Partikelfilter eine Einleitstelle für die Sekundärluft aus der Sekundärluftversorgung vorgesehen ist, sowie mit einer ersten Lambdasonde, welche stromaufwärts des Drei-Wege- Katalysators angeordnet ist und einer zweiten Lambdasonde, welche stromabwärts der

Einleitstelle und stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar. Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Verbrennungsmotor mit einem Drei-Wege-Katalysator sowie mit einem stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators angeordneten Partikelfilter sowie einer Sekundärluftversorgung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 2 den Abgaskanal eines Verbrennungsmotors sowie die Lambdasensorik zur

Steuerung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regeneration des Partikelfilters.

Figur 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 in Form eines mit einem Turbolader 32

aufgeladenen Ottomotors, mit einem Ansaugkanal 26 und mit einem Abgaskanal 12. In dem Ansaugkanal 12 sind ein Verdichter 28, eine Drosselklappe 34 und ein Ladeluftkühler 36 angeordnet. In dem Abgaskanal 12 ist in Strömungsrichtung eines Abgases der

Brennkraftmaschine 10 eine Turbine 38 des Turboladers 32 angeordnet, welche über eine Antriebswelle 40 den Verdichter 28 des Turboladers 32 antreibt. Alternativ kann der Verdichter 28 auch als mechanisch angetriebener Kompressor oder als elektrischer Verdichter ausgebildet sein.

In Strömungsrichtung eines Abgases der Brennkraftmaschine 10 durch den Abgaskanal 12 ist stromab der Turbine 38 ein Drei-Wege-Katalysator 14 in dem Abgaskanal 12 angeordnet. Dabei ist der Drei-Wege-Katalysator 14 vorzugsweise motornah angeordnet, um ein schnelles

Aufheizen des Drei-Wege-Katalysators 14 auf eine Light-Off-Temperatur und somit eine effiziente Konvertierung von Schadstoffen zu ermöglichen. Unter einer motornahen Anordnung wird dabei eine Anordnung mit einem mittleren Abgaslaufweg von höchstens 50 cm,

insbesondere von höchstens 30 cm, nach dem Auslass des Verbrennungsmotors 10

verstanden. Stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators 14 ist eine Einleitstelle 20 zur

Sekundärlufteinbringung in den Abgaskanal 12 vorgesehen. An der Einleitstelle 20 ist eine Sekundärluftversorgung 18 angeschlossen, welche ein Sekundärluftventil 42 und eine

Sekundärluftleitung 44 umfasst, wobei die Sekundärluftleitung 44 einen Abschnitt des

Ansaugkanals 26 stromaufwärts des Verdichters 28 mit dem Abgaskanal 12 verbindet. Dabei ist an der Sekundärluftleitung 44 eine Sekundärluftpumpe 48 vorgesehen, mit der ein gegenüber dem Druck im Abgaskanal 12 erhöhter Druck erzeugt werden kann. Alternativ kann die

Sekundärluftleitung 44 auch die Umgebung mit dem Abgaskanal 12 verbinden. Dabei mündet die Sekundärluftleitung 44 am Sekundärluftventil 42 beziehungsweise der Einleitstelle 20 stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators 14 und stromaufwärts eines Partikelfilters 16 in den Abgaskanal 12. In Strömungsrichtung des Abgases der Brennkraftmaschine 10 durch den Abgaskanal 12 ist stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators 14 eine erste Lambdasonde 22 vorgesehen, mit der das Verbrennungsluftverhältnis λ _Ε des Verbrennungsmotors 10 geregelt wird. Stromabwärts der Einleitstelle 20 und stromaufwärts des Partikelfilters 16 ist eine zweite Lambdasonde 24 vorgesehen, mit welcher die in den Abgaskanal 12 eingebrachte

Sekundärluftmenge durch das Sekundärluftventil 42 gesteuert werden kann. Dabei sind die erste Lambdasonde 22, die zweite Lambdasonde 24 sowie das Sekundärluftventil 42 über Signalleitungen 46 mit einem Steuergerät 30 des Verbrennungsmotors 10 verbunden, um eine Regelung der in den Abgaskanal 12 eingeblasenen Sekundärluftmenge zu ermöglichen.

In Figur 2 ist der Verbrennungsmotor 10 mit dem Abgaskanal 12 noch einmal vereinfacht dargestellt. Im Abgaskanal 12 ist stromabwärts des Verbrennungsmotors 10 und stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators 14 eine erste Lambdasonde 22 zur Steuerung des

Verbrennungsluftverhältnisses im Verbrennungsmotor 10 angeordnet. Stromabwärts des Drei- Wege-Katalysators befindet sich ein Regelkreis für die Sekundärlufteinbringung in den

Abgaskanal 12, wobei der Regelkreis zumindest eine Sekundärluftversorgung 18 und einen stromabwärts der Einleitstelle 20 der Sekundärluftversorgung 18 und stromauf eines

Partikelfilters 16 angeordnete zweite Lambdasonde 24 umfasst.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine entstehender Ruß wird durch den Partikelfilter 16 zurückgehalten, wobei sich der Partikelfilter 16 mit den Rußpartikeln des Verbrennungsmotors 10 belädt. Wird eine festgelegte Schwelle der Rußbeladung des Partikelfilters 16 detektiert, was beispielsweise durch eine Differenzdruckmessung vor und nach dem Partikelfilter 16 oder durch eine modellbasierte Berechnung erfolgen kann, wird ein Regenerationsverfahren des

Partikelfilters 16 eingeleitet. Dazu wird zunächst die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors 10 bis zu einer Regenerationstemperatur T _R von mindestens 600°C vor Eintritt in den

Partikelfilter 16 erhöht. Bevorzugt weist der Partikelfilter 16 eine katalytische Beschichtung auf, um unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff exotherm auf der Oberfläche des Partikelfilters 16 zu oxidieren. Zunächst wird überprüft, ob der Partikelfilter 16 eine sogenannte„Light-Off-Temperatur" von beispielsweise ca. 350°C aufweist. Hierdurch ist sichergestellt, dass unverbrannte Bestandteile des Kraftstoffs aus dem Abgas der Brennkraftmaschine 10 auf dem Partikelfilter 16 exotherm oxidiert werden können. Liegt die Light-Off-Temperatur des Partikelfilters 16 vor, wird der Partikelfilter 16 mindestens bis zu der Regenerationstemperatur T _R weiter aufgeheizt. Dazu wird die Brennkraftmaschine 10 mit einem fetten Gemisch betrieben, welches vorzugsweise ein Verbrennungsluftverhältnis λ _Ε von etwa 0,9 aufweist. Die unverbrannten Bestandteile des Gemischs, insbesondere Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff, werden zusammen mit den Verbrennungsprodukten in die Abgasanlage 12 eingeleitet. Durch einen Luftabgriff in dem Ansaugkanal 26 stromabwärts des Verdichters 28 und ein Einleiten dieser Luft über die Sekundärluftleitung 44 und das

Sekundärluftventil 42 in den Abgaskanal 12, können diese unverbrannten Bestandteile des Kraftstoffs auf dem stromabliegenden Partikelfilter 16 exotherm umgesetzt werden. Durch die externe Luftzufuhr über die Sekundärluftversorgung 18 und den fetten Motorbetrieb können große Mengen an Abgasenthalpie in den Partikelfilter 16 eingebracht werden. Zur

Überwachung beziehungsweise Regelung dieser Abgasenthalpie ist eine aufwendige Sensorik notwendig, welche einen Drucksensor, einen Temperatursensor sowie die zweite Lambdasonde 24 umfasst. Das Verbrennungsluftverhältnis λ _Ε der Brennkraftmaschine 10 kann vorgesteuert so eingestellt werden, dass sich die gewünschte Zieltemperatur einstellt. Gleichzeitig wird das Mischungsluftverhältnis A _m aus Verbrennungsluftverhältnis der Brennkraftmaschine 10 und der eingebrachten Sekundärluft durch die zweite Lambdasonde 24 stromabwärts der Einleitstelle 20 und stromaufwärts des Partikelfilters 16 gemessen. Während der Heizphase des Partikelfilters 16 wird dieses Mischungsluftverhältnis auf A _m = 1 eingeregelt, sodass die Emissionen auf der katalytischen Beschichtung des Partikelfilters 16 umgesetzt werden können und der Partikelfilter seine optimale Abgasreinigungswirkung erreichen kann.

Ist die Heizphase abgeschlossen und eine Temperatur oberhalb der Regenerationstemperatur T _R des Partikelfilters 18 erreicht, wird auf eine Regenerationsphase umgestellt. Dazu wird die Brennkraftmaschine 10 wieder mit stöchiometrischem Verbrennungsluftverhältnis λ _Ε = 1 betrieben. Dadurch können alle Schadstoffe des Abgases der Brennkraftmaschine 10 während der Regenerationsphase auf dem Drei-Wege-Katalysator 14 vollständig umgesetzt werden. Um den Sauerstoff für die Regeneration des Partikelfilters 16 bereitzustellen, wird weiterhin

Sekundärluft in den Abgaskanal 12 eingeblasen. Das gewünschte Mischungsluftverhältnis, beispielsweise A _m = 1 , 1 kann durch entsprechende Regelung der Sekundärluft durch das Sekundärluftventil 42 eingestellt werden. Dadurch wird beispielsweise gewährleistet, dass die Umsatzrate des im Partikelfilter 16 zurückgehaltenen Rußes nicht zu hoch wird, was andernfalls zu einer thermischen Schädigung des Partikelfilters 16 führen könnte. Sinkt die Temperatur am Eintritt in den Partikelfilter 16 während der Regeneration ab, so wird die Menge an Sekundärluft erhöht, um die Umsatzraten des auf dem Partikelfilter zurückgehaltenen Rußes zu erhöhen und somit die Abgastemperatur T _E G ZU steigern. Eine solche erfindungsgemäße Regeneration des Partikelfilters 16 ist in Figur 3 dargestellt. Die Regeneration des Partikelfilters 16 wird so lange aufrechterhalten, bis der Partikelfilter 16 vollständig regeneriert ist, was über eine

Differenzdruckmessung oder ebenfalls über ein Berechnungsmodell zum Rußeintrag und Rußaustrag ermittelt werden kann. Nach vollständiger Regeneration des Partikelfilters 16 wird die Sekundärluftversorgung 18 in einer erneuten Beladungsphase des Partikelfilters 16 abgeschaltet und der Motor sowie das gesamte Abgassystem wieder mit einem

stöchiometrischen Verbrennungsluftgemisch λ _Ε = 1 beaufschlagt.

In einer ersten Phase I wird der Verbrennungsmotor 10 mit einem stöchiometrischen

Verbrennungsluftverhältnis λ _Ε = 1 betrieben und die Rußpartikel in dem Partikelfilter 16 zurückgehalten. Dabei ist die Sekundärluftversorgung 18 abgeschaltet und es wird kein weiterer Sauerstoff in den Abgaskanal 12 des Verbrennungsmotors 10 eingebracht. In einer zweiten Phase II, welche auch als Heizphase bezeichnet wird, wird die externe Luftzufuhr durch die Sekundärluftversorgung 18 aktiviert und der Verbrennungsmotor 10 mit einem

unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsluftverhältnis λ _Ε < 1 betrieben, sodass sich stromabwärts der Einleitstelle 20 ein stöchiometrisches Mischungsluftverhältnis λ _Μ = 1 einstellt.

In einer dritten Phase III, welche auch als Regenerationsphase bezeichnet wird, wird der Verbrennungsmotor 10 mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λ _Ε = 1 betrieben und die Sekundärlufteinbringung kontinuierlich erhöht, bis der Partikelfilter 16 vollständig regeneriert ist. Dabei stellt sich im Abgaskanal 12 stromabwärts der Einleitstelle 20 eine überstöchiometrisches, mageres Mischungsluftverhältnis λ _Μ > 1 ein. Ist der Partikelfilter 16 vollständig regeneriert, wird die Sekundärluftversorgung 18 wieder abgeschaltet und der Verbrennungsmotor 10 in einer erneuten Beladungsphase I wieder mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λ _Ε = 1 betrieben. Das Verbrennungsluftverhältnis λ _Ε ist in Fig 3 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt, das Mischungsluftverhältnis λ _Μ stromabwärts der Einleitstelle 20 mit einer gepunkteten Linie und die eingebrachte Sekundärluft durch

Sekundärluftversorgung 18 mit einer gestrichelten Linie. Bezugszeichenliste

10 Verbrennungsmotor

12 Abgaskanal

14 Drei-Wege-Katalysator

16 Partikelfilter

18 Sekundärluftversorgung

20 Einleitstelle

22 erste Lambdasonde

24 zweite Lambdasonde

26 Ansaugkanal

28 Verdichter

30 Steuergerät

32 Turbolader

34 Drosselklappe

36 Ladeluftkühler

38 Turbine

40 Antriebswelle

42 Sekundärluftventil

44 Sekundärluftleitung

46 Signalleitung

48 Sekundärluftpumpe

λ _Ε Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors

AM Mischungsluftverhältnis im Abgaskanal stromabwärts der Sekundärlufteinbringung

TEG Abgastemperatur

TPF Temperatur des Partikelfilters

TR Regenerationstemperatur des Partikelfilters

Tso obere Schwellentemperatur

ΔΤρρ Temperaturänderung des Partikelfilters während der Regeneration