BRENNKRAFTMASCHINE M IT EINER NIEDERDRUCK-ABGASRÜCKFÜHRUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems mit einer Niederdruckabgasrückführung, im Folgenden auch als Niederdruck-AGR bezeichnet. Weiter betrifft die Erfindung ein Steuergerät sowie eine Brennkraftmaschine mit einer Niederdruck-AGR.

Die Verwendung einer Niederdruck-AGR, also einer Abgasrückführung (AGR), bei der das rückzuführende Abgas nach einem Partikelfilter, insbesondere einem Dieselpartikelfilter, entnommen wird, ermöglicht auf Grund der geringeren Abgastemperaturen im Vergleich zur konventionellen Hochdruck-AGR, bei der das Abgas vor der Zuführung zu einem Hochdruck- Turbolader entnommen wird, die Rückführung von Abgas mit niedrigeren Temperaturen und verringerter Rußbildung. Auch bei Systemen mit Niederdruck-AGR besteht aber die Notwendigkeit im Abgasnachbehandlungssystem eingesetzte Partikelfilter zu regenerieren, also bei erhöhter Abgastemperatur auszubrennen, wenn der Partikelfilter sich über die Betriebszeit zugesetzt hat.

In US 6,981,370 B2 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Niederdruck-AGR beschrieben sowie ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters in diesem System. Hier wird zur Erhöhung der Abgastemperatur für die Regeneration die Öffnungszeit eines Einlassventils für die Ladeluft in einen Kompressionstakt hinein erweitert, so dass ein Teil der Luft oder eines Luft/ Abgas- Gemisch durch die Kompression aus dem Zylinder gepresst wird und sich damit der Anteil der Luft am Massenfluss reduziert und ein fetteres Gemisch und eine höhere Abgastemperatur erreicht.

Wünschenswert ist es, bei der Regeneration des Partikelfilters Temperaturspitzen und erhöhten Stickoxid-Ausstoß zu vermeiden. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren sowie Vorrichtungen anzugeben, mit deren Hilfe Temperaturspitzen und erhöhter Stickoxid-Ausstoß vermieden werden können. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.

Die Aufgabe wird somit gelöst, insbesondere durch ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mit einer Niederdruckabgasrückführung, wobei die Brennkraftmaschine eine zwischen einem Abgaskühler und einem Niederdruckturbolader angeordnete AGR-Klappe zur Regelung einer Abgasrückführungsrate sowie eine in einem Bypass eines Hochdruck-Turboladers zwischen mindestens einem Zylinder der Brennkraftmaschine und einem Niederdruck-Turbolader angeordnete Bypassklappe und eine zwischen dem Hochdruck-Turbolader und einem Ladeluftkühler angeordnete Drosselklappe umfasst. Erfindungsgemäß weist das Verfahren die Schritte auf:

- Erfassen einer Druckdifferenz über den Partikelfilter

Vergleichen der Druckdifferenz mit einem ersten hinterlegten Grenzwert für die Druckdifferenz

falls die Druckdifferenz über dem hinterlegten Grenzwert liegt:

- Schließen der Bypassklappe und der AGR-Klappe

- vollständiges Öffnen der Drosselklappe

- Erhöhung der Einspritzmenge an Kraftstoff unter Kontrolle eines Verbrennungsluftverhältnisses λ sowie einer Stickoxidkonzentration

- kontinuierliches Erfassen und Vergleichen der Druckdifferenz mit einem zweiten hinterlegten Grenzwert, der geringer ist als der erste hinterlegte Grenzwert,

- falls die Druckdifferenz geringer ist als der zweite hinterlegte Grenzwert Beenden des

Verfahrens zur Regeneration.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sich die Druckdifferenz über den Partikelfilter erhöht mit steigender Verschmutzung des Partikelfilters. Um diesen von der Verschmutzung zu befreien, stehen verschiedene Möglichkeiten der Regeneration zur Verfügung, unter anderem die Erhöhung der Abgastemperatur. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Abgastemperatur vorteilhaft erhöht werden kann, in dem die Menge an eingespritztem Kraftstoff erhöht wird, während die Luftzufuhr konstant gehalten wird. Letzteres wird über die vollständige Öffnung der Drosselklappe sowie das Schließen von Bypassklappe und AGR-Klappe erreicht. Die Erfindung geht weiter von der Überlegung aus, dass bei konstanter Luftzufuhr nunmehr über die Einspritzmenge die Abgastemperatur sehr genau gesteuert werden kann. Zusätzlich wird zur Vermeidung von Temperaturspitzen oder dauerhafter Überhitzung das Verbrennungsluftverhältnis kontinuierlich kontrolliert. Dies geschieht vorteilhaft über eine Lambdasonde. Ebenso wird zur Vermeidung von erhöhtem Stickoxidausstoß kontinuierlich die Stickoxidkonzentration erfasst. Übersteigt nun die Stickoxidkonzentration einen Grenzwert oder verlässt einen vordefinierten Bereich oder liegt das Verbrennungsluftverhältnis außerhalb vordefinierter Betriebsbereiche, wird erfindungsgemäß die Einspritzung entsprechend angepasst, insbesondere verringert.

Vorteilhaft ermöglicht das Konzept der Erindung, dass es durch die Steuerung der Abgastemperatur und damit der Regeneration über die Einspritzmenge an Kraftstoff möglich ist, die Regeneration ohne aufwändige Verstellung des Einlassventils genau zu steuern. Der Partikelfilter ist insbesondere ein Dieselpartikelfilter.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.

Die Kontrolle des Verbrennungsluftverhältnisses λ sowie der Stickoxidkonzentration erfolgt vorteilhaft jeweils über einen Vergleich eines aktuell erfassten Verbrennungsluftverhältnisses mit einem hinterlegten Sollwert für das Verbrennungsluftverhältnis oder einem hinterlegten erlaubten Bereich für das Verbrennungsluftverhältnis sowie über einen Vergleich einer aktuell erfassten Stickstoffkonzentration mit einem hinterlegten Sollwert für die Stickstoffkonzentration oder einem hinterlegten erlaubten Bereich für die Stickstoffkonzentration. Die Erhöhung der Einspritzmenge kann über eine Vor-, Haupt- oder Nacheinspritzung erfolgen. Besonders die Erhöhung der Einspritzmenge und damit einhergehend eine Erhöhung der Einspritzzeiten und somit der Temperaturen über eine Haupteinspritzung ist vorteilhaft, aber auch im Rahmen einer Voreinspritzung, die genutzt wird, um eine weichere Verbrennung zu erzeugen oder einer Nacheinspritzung, bei der

unverbrannter Krafststoff im Abgastrakt nachverbrannt wird und somit die Temperatur im Abgastrakt erhöht wird und ein Freibrennen realisiert wird, ist vorteilhaft. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Motorsteuergerät, das ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, wobei das Motorsteuergerät mit mindestens einer Lambdasonde sowie mindestens einem Stickoxid-Sensor und mindestens einem Drucksensor zur Erfassung der Druckdifferenz über den Partikelfilter verbindbar ist.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine umfassend ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Partikelfilter und einer Niederdruckabgasrückführung, eine zwischen einem Abgaskühler und einem Niederdruckturbolader angeordnete AGR-Klappe zur Regelung einer Abgasrückführungsrate sowie eine in einem Bypass eines Hochdruck- Turboladers zwischen mindestens einem Zylinder der Brennkraftmaschine und einem Niederdruck-Turbolader angeordnete Bypassklappe und eine zwischen Hochdruck-Turbolader und einem Ladeluftkühler angeordnete Drosselklappe sowie ein Motorsteuergerät, das ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, wobei das Motorsteuergerät mit mindestens einer Lambdasonde sowie einem Stickoxid-Sensor und einem Drucksensor zur Erfassung der Druckdifferenz über den Partikelfilter verbunden ist.

Die Ausführung der Brennkraftmaschine mit einer Niederdruckabgasrückführung hat im Vergleich mit einer Hochdruckabgasrückführung den Vorteil, dass durch die geringere Temperatur des rückgeführten Abgases und damit auch des Gemischs aus rückgeführtem Abgas und Zuluft die thermische Belastung für die AGR-Klappe und die Drosselklappe reduziert wird. Damit wird der Verschleiß dieser Bauteile verringert, darüber hinaus ist damit eine Realisierung der AGR-Klappe und der Drosselklappe ohne Kühlung und damit eine deutlich vereinfachte Bauweise. Darüber hinaus bietet die Niederdruckabgasrückführung den Vorteil, dass durch die Entnahme des rückzuführenden Abgases nach dem Partikelfilter die Rußverschmutzung der ladeluftführenden Zuleitungen zu Zylindern der Brennkraftmaschine verringert werden.

In einigen Ausfiihrungsformen ist die Niederdruckabgasrückführung derart ausgestaltet, dass die Rückführung des Abgases in die Zuluft vor der Zuführung zu einem Luftfilter erfolgt, also zunächst Luft und Abgas vermischt werden, bevor dieses Gemisch über einen Luftfilter geführt wird. Die Zusammenführung von Abgas und Luft kann aber auch im Luftfilter erfolgen. Beide Varianten können Vorteile im Hinblick auf die konstruktive Umsetzung oder die Kosten abhängig vom weiteren Aufbau der Brennkraftmaschine entfalten Alternativ ist die Niederdruckabgasrückführung derart ausgestaltet ist, dass die Rückführung des Abgases in die Zuluft nach der Zuführung zu einem Luftfilter erfolgt. Hier erfolgt die Mischung von rückgeführtem Abgas und Luft erst nachdem die Luft gefiltert wurde. Dies hat den Vorteil, dass der Luftfilter für niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Regeneration eines Partikelfilters;

Fig. 2A eine schematische Darstellung einer Ausfuhrungsform einer Brennkraftmaschine mit einer Niederdrackabgasrückführung; Fig. 2B eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit einer Niederdruckabgasrückführung. Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Regeneration eines Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine. Im ersten Schritt wird nach dem Start des Verfahrens eine Druckdifferenz über den Partikelfilter erfasst und diese Druckdifferenz mit einem ersten hinterlegten Grenzwert für die Druckdifferenz verglichen. Falls die Druckdifferenz über dem hinterlegten Grenzwert liegt, werden eine in einem Bypass eines Hochdruck-Turboladers zwischen mindestens einem Zylinder der Brennkraftmaschine und einem Niederdruck-Turbolader angeordnete Bypassklappe und eine zwischen einem Abgaskühler und einem Niederdruckturbolader angeordnete AGR-Klappe zur Regelung einer Abgasrückführungsrate geschlossen. Desweiteren wird eine zwischen Hochdruck-Turbolader und einem Ladeluftkühler angeordnete Drosselklappe vollständig geöffnet. Im nächsten Schritt wird die Einspritzmenge an Kraftstoff, anders ausgedrückt die Kraftstoffmasse mKR, unter Kontrolle eines Verbrennungsluftverhältnisses λ sowie einer Stickoxidkonzentration erhöht. Die Druckdifferenz über den Partikelfilter wird weiterhin kontinuierlich erfasst und mit einem zweiten hinterlegten Grenzwert, der geringer ist als der erste hinterlegte Grenzwert verglichen. Ist die Druckdifferenz geringer ist als der zweite hinterlegte Grenzwert wird das Verfahren zur Regeneration beendet und in einen Normalbetrieb der Brennkraftmaschine zurückgekehrt. Solange die Druckdifferenz unterhalb des ersten hinterlegten Grenzwertes ist, verbleibt die Brennkraftmaschine im Normalbetrieb und es wird keine Regeneration des Partikelfilters durchgeführt. Fig. 2A zeigt eine Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 100 mit einem Abgasnachbehandlungssystems 140 aufweisend einen Partikelfilter 141 und in der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich eine Oxidationskatalysator. Die Brennkraftmaschine 100 umfasst einen Motor 101 mit zwei Zylinderbänke 120, 130 sowie eine Motorsteuerung ECU - hier nur symbolisch - dargestellt. Die Brennkraftmaschine 100 umfasst weiter eine Niederdruckabgasrückführung 110, die rückzuführendes Abgas stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems ableitet und über einen Abgaskühler 111 zu einem Luftfilter 112 führt. In der Niederdruckabgasrückführung 110 ist zwischen dem Abgaskühler 111 und einem von zwei Niederdruck-Turboladern 5 eine AGR-Klappe oder Abgasrückführungsklappe 1 zur Regelung einer Abgasrückführungsrate angeordnet. Ladeluft LL wir über einen Luftfilter 112 und einen Weiteren Luftfilter 113 einem Niederdruck-Turbolader 5 zugeführt. Ladeluftseitig sind stromabwärts der Niederdruck-Turbolader 5 jeweils Niederdruck-Ladeluftkühler 6 angeordnet, die die Luft oder das Luft-Abgas-Gemisch kühlen, bevor die Ladeluft oder das Gemisch aus Ladeluft und rückgeführtem Abgas über einen Hochdruck-Turbolader 4 und ein Drosselklappe 3 einem Ladeluftkühler 7 und anschließend den Zylindern AI- A6, Bl - B6 der beiden Zylinderbänder 120, 130 zugeführt wird. Abgasseitig werden die Abgase der beiden Zylinderbänke 120, 130 gesammelt und der Turbine des Hochdruck-Turboladers 4 zugeführt. Ein Teil der Abgase der Zylinderbank 130 wird über einen Bypass des Hochdruck-Turboladers 4 von der Zylinderbank direkt zu den Turbinen der Niederdruck-Turboladern 5 geleitet. Im Bypass ist eine Bypassklappe 2 angeordnet. Anschließend werden die Abgase über das Abgasnachbehandlungssystem 140 mit Partikelfilter 141 und Oxidationskatalysator 142 geleitet. Am Abgasnachbehandlungssystem sind Drucksensoren für die Bestimmung des Drucks vor (pl) und hinter (p2) dem Abgasnachbehandlungssystem 140 angeordnet, mit deren Hilfe die Druckdifferenz über den Partikelfilter dpFilter bestimmt werden kann. Desweiteren sind stromaufwärts vom Abgasnachbehandlungssystem 140 eine Lambdasonde 151 und ein Stickoxidsensor 152 angeordnet. Das Motorsteuergerät ECU ist ausgebildet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regeneration. Bei Überschreiten des ersten Grenzwertes wird ein Schließen der AGR-Klappe 1 und der Bypass-Klappe 2 veranlasst, sowie die vollständige Öffnung der Drosselklappe 3. In Abhängigkeit der von der Lambdasonde 151 und dem Stickoxidsensor 152 erfassten Werte wird so dann die Einspritzmenge an Kraftstoff in die Zylinder der beiden Zylinderbänke 120, 130 erhöht, beispielsweise im Rahmen der Haupteinspritzung, und hierüber die Abgastemperatur, so dass bei höherer Abgastemperatur über den Abgasstrang der Partikelfilter 141 regeneriert wird. Sinkt die Druckdifferenz wieder unter den zweiten Grenzwert wird die Regeneration beendet und das Motorsteuergerät ECU veranlasst wieder einen Normalbetrieb.

In Fig. 2B ist eine alternative Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 200 gezeigt. Diese entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform der Brennkraftmaschine 100 aus Fig. 2A, so dass nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Die Niederdruckabgasrückführung 210 leitet das rückzuführende Abgas ebenfalls über einen Abgaskühler 111, führt diese jedoch erst stromabwärts eines Luftfilters 112 mit der Frischluft zusammen, so dass nur die Frischluft über den Luftfilter 112 gefiltert wird und dieser auf niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann. BEZUGSZEICHENLISTE

1 Abgasrückführungsklappe

2 Bypassklappe

3 Drosselklappe

4 Hochdruck-Turbolader

5 Niederdruck-Turbolader

6 Niederdruck- Ladeluftkühler

7 Ladeluftkühler

100 Brennkraftmaschine

101 Motor

110 Niederdmckabgasrückführung

111 Abgaskühler

112 Luftfilter

113 weiterer Luftfilter

120, 130 Zylinderbank

140 Abgasnachbehandlungssystem

141 Partikelfilter

142 Oxidationskatalysator

151 Lambdasonde

152 Stickoxidsensor

200 Brennkraftmaschine

210 Niederdruckabgasrückfuhrung

A1-A6, B1-B6 Zylinder

ECU Motorsteuerung

mKR Kraftstoffmasse λ Verbrennungsluftverhältnis