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DE102018117124B4 - Internal combustion engine and method for exhaust gas aftertreatment of such an internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine and method for exhaust gas aftertreatment of such an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit mindestens einem Brennraum (12), wobei der Verbrennungsmotor (10) über seinem Einlass (20) mit einem Luftversorgungssystem (30) verbunden ist und mit seinem Auslass (22) mit einer Abgasanlage (50) verbunden ist, wobei an dem Brennraum (12) mindestens ein Auslassventil (18) angeordnet ist, mit welchem eine fluidische Verbindung vom Brennraum (12) zur Abgasanlage (50) geschlossen oder geöffnet werden kann, wobei in einem Abgaskanal (52) der Abgasanlage (50) stromabwärts des Auslasses (22) eine Turbine (54) eines Abgasturboladers (46) angeordnet ist, und wobei in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) durch den Abgaskanal (52) stromabwärts der Turbine (54) des Abgasturboladers (46) mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68, 70) angeordnet ist, sowie mit einer Abgasklappe (76), mit welcher der Abgaskanal (52) stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68, 70) versperrt werden kann, umfassend folgende Schritte:- Ermitteln einer Ist-Temperatur (Tist) einer der mindestens einen Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68, 70),- Vergleich der ermittelten Ist-Temperatur (Tist) der Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68, 70) mit einer Soll-Temperatur (Tsoll),- Schließen der Abgasklappe (76) zur Erhöhung des Abgasgegendrucks im Abgaskanal (52) und Veränderung der Öffnungszeiten des mindestens einen Auslassventils (18), um das Abgas aus der Abgasanlage (50) mittels einer internen Abgasrückführung zurück in den Brennraum (12) zu saugen, wenn die Ist-Temperatur (Tist) der Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68 70) unterhalb der Soll-Temperatur (Tsoll) liegt, wobei- die Öffnungszeiten des Auslassventils (18) durch einen zusätzlichen Öffnungsvorgang des Auslassventils (18) verlängert werden, wobei- ein Motorbetriebspunkt des Verbrennungsmotors (10) ermittelt wird, und in Abhängigkeit des Motorbetriebspunktes ein Soll-Abgasgegendruck in dem Abgaskanal (52) stromabwärts des Auslasses (22) und stromaufwärts der Turbine (54) ermittelt wird, und wobei- die Drehzahl des Verbrennungsmotors (10) in Abhängigkeit von dem Staudruck in der Abgasanlage (50) angehoben wird.Method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with at least one combustion chamber (12), the internal combustion engine (10) being connected to an air supply system (30) via its inlet (20) and being connected to an exhaust system (50) by its outlet (22). at least one outlet valve (18) is arranged on the combustion chamber (12), with which a fluidic connection from the combustion chamber (12) to the exhaust system (50) can be closed or opened, wherein in an exhaust gas duct (52) of the exhaust system (50 ) A turbine (54) of an exhaust gas turbocharger (46) is arranged downstream of the outlet (22), and wherein in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine (10) through the exhaust gas duct (52) downstream of the turbine (54) of the exhaust gas turbocharger (46) at least one Exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68, 70) is arranged, and with an exhaust gas valve (76) with which the exhaust gas duct (52) downstream of the exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68, 70) is blocked rden, comprising the following steps: - determining an actual temperature (Tactual) of the at least one exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68, 70), - comparing the determined actual temperature (Tactual) of the exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68, 70) with a target temperature (Tsetpoint), - closing the exhaust gas flap (76) to increase the exhaust gas back pressure in the exhaust gas duct (52) and changing the opening times of the at least one exhaust valve (18) in order to extract the exhaust gas from the exhaust system (50) by means of a to suck internal exhaust gas recirculation back into the combustion chamber (12) when the actual temperature (Tactual) of the exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68 70) is below the target temperature (Tsetpoint), with the opening times of the outlet valve (18) through an additional opening process of the exhaust valve (18) can be extended, wherein- an engine operating point of the internal combustion engine (10) is determined, and depending on the engine operating point a target exhaust gas back pressure in the exhaust gas duct (52) s is determined downstream of the outlet (22) and upstream of the turbine (54), and wherein- the speed of the internal combustion engine (10) is increased as a function of the dynamic pressure in the exhaust system (50).

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines solchen Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to an internal combustion engine with an air supply system and an exhaust system as well as a method for exhaust gas aftertreatment of such an internal combustion engine according to the preamble of the independent patent claims.

Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen. Vor Erreichen der Light-Off-Temperatur des SCR-Katalysators können die NOx-Emissionen jedoch nicht durch diesen Katalysator in unschädliche Abgaskomponenten konvertiert werden. Daher sind gerade in der Kaltstartphase die NOx-Rohemissionen des Verbrennungsmotors zu minimieren und/oder eine schnelle Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponenten anzustreben.The current exhaust gas legislation and one that will become increasingly strict in the future place high demands on engine raw emissions and the exhaust gas aftertreatment of combustion engines. The demands for a further reduction in consumption and the further tightening of the exhaust gas standards with regard to the permissible nitrogen oxide emissions represent a challenge for the engine developers. Catalyst upstream and downstream further catalysts. Exhaust gas aftertreatment systems are currently used in diesel engines, which have an oxidation catalytic converter, a catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalytic converter) and a particle filter for separating soot particles and optionally further catalytic converters. Ammonia is preferably used as the reducing agent. Because handling pure ammonia is complicated, vehicles usually use a synthetic, aqueous urea solution, which is mixed with the hot exhaust gas flow in a mixing device upstream of the SCR catalytic converter. This mixing heats up the aqueous urea solution, with the aqueous urea solution releasing ammonia in the exhaust gas duct. A commercially available, aqueous urea solution is generally made up of 32.5% urea and 67.5% water. However, before the light-off temperature of the SCR catalytic converter is reached, the NOx emissions cannot be converted into harmless exhaust gas components by this catalytic converter. Therefore, especially in the cold start phase, the raw NOx emissions of the internal combustion engine should be minimized and/or the exhaust gas aftertreatment components should be heated up quickly.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die NOx-Rohemissionen bei einem Dieselmotor durch eine innere und eine äußere Abgasrückführung, späte Spritzbeginne für die Kraftstoffeinspritzung in die Brennräume des Verbrennungsmotors und eine entsprechende Verschiebung der Verbrennungsschwerpunktlage zu reduzieren. Ferner ist bekannt, dass eine solche Verschiebung der Verbrennungsschwerpunktlage in Richtung spät zu einer Abnahme des thermischen Wirkungsgrads des Verbrennungsmotors und einer Erhöhung der Abgastemperatur führt. Darüber hinaus ist bekannt, die Abgasnachbehandlungskomponenten durch elektrische Heizelemente oder einen kraftstoffbetriebenen Abgasbrenner auf ihre Betriebstemperatur aufzuheizen, um die Emissionen nach dem Start zu minimieren.It is known from the prior art to reduce the raw NOx emissions in a diesel engine by internal and external exhaust gas recirculation, late injection starts for fuel injection into the combustion chambers of the internal combustion engine and a corresponding shift in the center of combustion. Furthermore, it is known that such a retarded shift in the center of combustion leads to a decrease in the thermal efficiency of the internal combustion engine and an increase in the exhaust gas temperature. In addition, it is known to heat the exhaust gas aftertreatment components to their operating temperature by means of electrical heating elements or a fuel-operated exhaust gas burner in order to minimize emissions after start-up.

Aus der DE 10 2009 057 394 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor bekannt, welcher mittels eines Abgasturboladers aufgeladen ist, wobei in der Abgasanlage stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers ein Oxidationskatalysator und ein Partikelfilter angeordnet sind, und wobei stromabwärts dieser Abgasnachbehandlungskomponenten eine Abgasklappe im Abgaskanal vorgesehen ist, um die über die Niederdruck-Abgasrückführung zurückgeführte Abgasmenge zu steuern.From the DE 10 2009 057 394 A1 an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine is known, which is supercharged by means of an exhaust gas turbocharger, an oxidation catalytic converter and a particle filter being arranged in the exhaust system downstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger, and an exhaust gas flap being provided in the exhaust duct downstream of these exhaust gas aftertreatment components in order to Exhaust gas recirculation to control the amount of exhaust gas recirculated.

Aus der DE 10 2011 014 239 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit einem Ansaugtrakt und einer Abgasanlage bekannt, wobei in dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors eine Drosselklappe angeordnet ist, über welche die den Brennräumen des Verbrennungsmotors zugeführte Frischluftmenge variierbar ist, wobei die Stellung der Drosselklappe genutzt wird, um insbesondere in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors die über die innere Abgasrückführung zurückgeführte Abgasmenge zu erhöhen und somit die Abgastemperatur anzuheben.From the DE 10 2011 014 239 A1 an internal combustion engine with an intake tract and an exhaust system is known, with a throttle valve being arranged in the intake tract of the internal combustion engine, via which the fresh air quantity supplied to the combustion chambers of the internal combustion engine can be varied, the position of the throttle valve being used, in particular in a warm-up phase of the internal combustion engine, to to increase the amount of exhaust gas recirculated via the internal exhaust gas recirculation and thus to raise the exhaust gas temperature.

Die DE 10 2016 118 309 A1 offenbart einen mittels eines Abgasturboladers aufgeladenen Verbrennungsmotor mit einem Ansaugtrakt und einer Abgasanlage, wobei in dem Ansaugtrakt eine Drosselklappe und in der Abgasanlage stromabwärts eines Oxidationskatalysators und eines Partikelfilters mit einer Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden eine Abgasklappe im Abgaskanal angeordnet ist, um die über die Niederdruck-Abgasrückführung zurückgeführte Abgasmenge zu steuern.the DE 10 2016 118 309 A1 discloses an internal combustion engine supercharged by means of an exhaust gas turbocharger with an intake tract and an exhaust system, with a throttle flap being arranged in the intake tract and an exhaust flap in the exhaust gas duct in the exhaust system downstream of an oxidation catalytic converter and a particle filter with a coating for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, in order to Low-pressure exhaust gas recirculation to control the amount of exhaust gas recirculated.

Aus der DE 10 2006 014 996 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors mit Benzindirekteinspritzung bekannt, bei welchem das Gemisch zumindest in einzelnen Betriebspunkten in einer kontrollierten Selbstzündung gezündet wird. Dabei weist der Ottomotor einen Ventiltrieb mit variablen Öffnungszeiten und eine Abgasrückführung auf. Dabei wird über die Abgasrückführung und die Kraftstoffeinspritzung ein Gemisch hergestellt, welches am Ende der Kompressionsphase selbstzündet.From the DE 10 2006 014 996 A1 a method for operating a gasoline engine with direct gasoline injection is known, in which the mixture is ignited at least at individual operating points in a controlled self-ignition. The gasoline engine has a valve train with variable opening times and exhaust gas recirculation. A mixture is produced via exhaust gas recirculation and fuel injection, which self-ignites at the end of the compression phase.

Die DE 10 2004 036 802 A1 offenbart ein Verfahren zum Warmhalten eines Katalysators in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Bestimmen einer katalytischen Aktivität des Katalysators; prüfen, ob die katalytische Aktivität in einem vorbestimmten Bereich liegt; und Auslösen einer Drosselung der Luftzufuhr, wenn die katalytische Aktivität in dem vorbestimmten Bereich liegt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens in einem Teilbereich des vorbestimmten Bereichs zusätzlich zur Androsselung der Luftzufuhr die Abgasrückführungsrate des Verbrennungsmotors erhöht wird oder der Verbrennungsschwerpunkt des Verbrennungsmotors verschoben wird.the DE 10 2004 036 802 A1 discloses a method for keeping warm a catalyst in the exhaust system of an internal combustion engine. The method has the following steps: determining a catalytic activity of the catalyst; checking whether the catalytic activity is within a predetermined range; and triggering a throttling of the Air supply when the catalytic activity is within the predetermined range. The method is characterized in that, in addition to throttling the air supply, the exhaust gas recirculation rate of the internal combustion engine is increased or the combustion center of the internal combustion engine is shifted, at least in a sub-area of the predetermined area.

Aus der DE 10 2016 014 767 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit den folgenden Verfahrensschritten bekannt: Verstellen einer Abgasklappe in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors aus einer geöffneten Position in eine zumindest teilweise geschlossene Position; Verstellen eines in einer Abgasrückführleitung des Verbrennungsmotors angeordnetem Abgasrückführungsventil, wobei die Abgasklappe und das Abgasrückführventil jeweils stufenlos in jeweilige, zwischen der jeweiligen Schließstellung und der jeweiligen Offenstellung angeordnete Stellungen verstellt werden.From the DE 10 2016 014 767 A1 a method for operating an internal combustion engine with the following method steps is known: adjusting an exhaust flap in the exhaust system of the internal combustion engine from an open position to an at least partially closed position; Adjusting an exhaust gas recirculation valve arranged in an exhaust gas recirculation line of the internal combustion engine, the exhaust gas flap and the exhaust gas recirculation valve being continuously adjusted into respective positions between the respective closed position and the respective open position.

Ferner sind aus dem Stand der Technik vollvariable elektrohydraulische Ventiltriebe bekannt, welche eine nahezu beliebige Variation des Ventilhubs eines Verbrennungsmotors ermöglichen, welche lediglich durch die aus der Nockenkontur resultierende maximale Hubkurve nach oben begrenzt ist.Furthermore, fully variable electrohydraulic valve drives are known from the prior art, which allow almost any variation of the valve lift of an internal combustion engine, which is only limited upwards by the maximum lift curve resulting from the cam contour.

Aus „Anhebung der Abgastemperatur am Dieselmotor durch variablen Ventiltrieb“; MTZ 74 (2013), S. 308-315, ist bekannt, einen zweiten Hub eines Auslassventils während der Einlassphase durchzuführen.From "Increasing the exhaust gas temperature in the diesel engine through variable valve train"; MTZ 74 (2013), pp. 308-315, it is known to carry out a second lift of an exhaust valve during the intake phase.

Nachteilig an den bekannten Verfahren zur Abgasnachbehandlung ist jedoch, dass sie zu einer Partikel-Mehremission, einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und damit verbunden zu erhöhten CO2-Emissionen, zu Problemen beim Packageing in engen Motorräumen sowie zu mangelnder Wirksamkeit insbesondere in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors führen können.A disadvantage of the known methods for exhaust gas aftertreatment, however, is that they can lead to increased particle emissions, increased fuel consumption and the associated increased CO 2 emissions, problems with packaging in narrow engine compartments and a lack of effectiveness, especially in the cold start phase of the internal combustion engine .

Aufgabe der Erfindung ist es, die Rohemissionen eines Verbrennungsmotors insbesondere in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors zu minimieren und das Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten auf ihre jeweilige Light-Off-Temperatur zu beschleunigen. The object of the invention is to minimize the raw emissions of an internal combustion engine, particularly in the cold start phase of the internal combustion engine, and to accelerate the heating of the exhaust gas aftertreatment components to their respective light-off temperature.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Brennraum gelöst, wobei der Verbrennungsmotor über seinen Einlass mit einem Luftversorgungssystem und mittels seines Auslasses mit einer Abgasanlage verbunden ist. An dem mindestens einen Brennraum ist mindestens ein Auslassventil angeordnet, mit welchem eine fluidische Verbindung vom Brennraum zur Abgasanlage geschlossen oder geöffnet werden kann. In einem Abgaskanal der Abgasanlage ist stromabwärts des Auslasses eine Turbine eines Abgasturboladers angeordnet. Dabei ist in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors durch den Abgaskanal stromabwärts der Turbine mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente, vorzugsweise mindestens ein Katalysator mit einer Oxidationsstufe, ein Partikelfilter und ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) angeordnet. Ferner ist eine Abgasklappe vorgesehen, mit welcher der Abgaskanal stromabwärts der mindestens einen Abgasnachbehandlungskomponente, zumindest weitestgehend versperrt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

  • - Ermitteln einer Ist-Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente
  • - Vergleichen der ermittelten Ist-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente mit einer Soll-Temperatur,
  • - Schließen der Abgasklappe zur Erhöhung des Abgasgegendrucks im Abgaskanal und Veränderung der Öffnungszeiten des mindestens einen Auslassventils, um das Abgas aus der Abgasanlage mittels einer internen Abgasrückführung in den mindestens einen Brennraum zu saugen, wenn die Ist-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente unterhalb der Soll-Temperatur liegt.
According to the invention, this object is achieved by a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine with at least one combustion chamber, the internal combustion engine being connected to an air supply system via its inlet and to an exhaust system via its outlet. At least one outlet valve is arranged on the at least one combustion chamber, with which a fluidic connection from the combustion chamber to the exhaust system can be closed or opened. A turbine of an exhaust gas turbocharger is arranged in an exhaust gas duct of the exhaust system downstream of the outlet. At least one exhaust gas aftertreatment component, preferably at least one catalytic converter with one oxidation stage, a particle filter and a catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalytic converter) is arranged in the flow direction of an exhaust gas from the internal combustion engine through the exhaust gas duct downstream of the turbine. Furthermore, an exhaust gas flap is provided, with which the exhaust gas duct can be blocked at least to the greatest possible extent downstream of the at least one exhaust gas aftertreatment component. The method according to the invention comprises the following steps:
  • - Determining an actual temperature of an exhaust gas aftertreatment component
  • - Comparing the determined actual temperature of the exhaust aftertreatment component with a target temperature,
  • - Closing the exhaust flap to increase the exhaust back pressure in the exhaust duct and changing the opening times of the at least one exhaust valve in order to draw the exhaust gas from the exhaust system into the at least one combustion chamber by means of internal exhaust gas recirculation if the actual temperature of the exhaust gas aftertreatment component is below the target temperature .

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, insbesondere in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors, wenn die Abgasnachbehandlungskomponenten noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben und noch nicht eine effiziente Konvertierung von Schadstoffen gewährleisten können, die Rohemissionen des Verbrennungsmotors zu senken. Durch das Schließen der Abgasklappe steigt der Abgasgegendruck, sodass der Kolben des Verbrennungsmotors mehr Arbeit leisten muss, um das Abgas aus dem Brennraum in den Abgaskanal auszuschieben. Infolge der Erhöhung des Abgasgegendrucks und der Mehrarbeit steigt die Abgastemperatur im Abgaskanal an. Durch die gleichzeitige Anhebung der Abgasmenge über die interne Abgasrückführung, also das Rücksaugen von Abgas während der Abwärtsbewegung des Kolbens in der Ansaugphase, können die NOx-Rohemissionen abgesenkt werden.The method according to the invention makes it possible, particularly in a cold start phase of the internal combustion engine when the exhaust gas aftertreatment components have not yet reached their operating temperature and cannot yet ensure efficient conversion of pollutants, to reduce the raw emissions of the internal combustion engine. Closing the exhaust flap increases the exhaust back pressure, meaning that the piston in the combustion engine has to do more work to push the exhaust gas out of the combustion chamber and into the exhaust duct. As a result of the increase in the exhaust back pressure and the additional work, the exhaust gas temperature in the exhaust duct rises. The raw NOx emissions can be reduced by simultaneously increasing the amount of exhaust gas via internal exhaust gas recirculation, i.e. sucking back exhaust gas during the downward movement of the piston in the intake phase.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Öffnungszeiten der Auslassventile durch einen zusätzlichen Öffnungsvorgang verlängert werden. Durch einen zusätzlichen Öffnungsvorgang der Auslassventile, insbesondere durch eine Überschneidung der Öffnungszeiten von Auslassventilen und Einlassventilen in einem Ansaugtakt des Verbrennungsmotors, kann die interne Abgasrückführung durch das Rücksaugen von Abgas aus der Abgasanlage verbessert werden.According to the invention, the opening times of the outlet valves are extended by an additional opening process. Through an additional opening process of the exhaust valves, in particular through an overlapping of the opening times of exhaust valves and intake valves in an intake stroke of the combustion engine engine, the internal exhaust gas recirculation can be improved by sucking back exhaust gas from the exhaust system.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass ein Motorbetriebspunkt des Verbrennungsmotors ermittelt wird und in Abhängigkeit des Motorbetriebspunktes die Ermittlung eines Soll-Abgasgegendruck in dem Abgaskanal stromabwärts des Auslasses und stromaufwärts der Turbine erfolgt. Da nicht in allen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors eine interne Abgasrückführung sinnvoll ist, kann zusätzlich der Betriebspunkt bezüglich Drehzahl und effektivem Drehmoment ermittelt werden und in Abhängigkeit von diesem Betriebspunkt entschieden werden, ob eine interne Abgasrückführung durch ein zusätzliches Öffnen des Auslassventils sinnvoll ist.According to the invention, it is further provided that an engine operating point of the internal combustion engine is determined and a target exhaust gas back pressure in the exhaust gas duct downstream of the outlet and upstream of the turbine is determined as a function of the engine operating point. Since internal exhaust gas recirculation does not make sense at all operating points of the combustion engine, the operating point with regard to speed and effective torque can also be determined and, depending on this operating point, a decision can be made as to whether internal exhaust gas recirculation by additionally opening the exhaust valve makes sense.

Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von dem Staudruck in der Abgasanlage angehoben wird. Durch eine Anhebung der Drehzahl können die Reibungs- und Gaswechselverluste erhöht werden, um das Aufheizen des Abgases in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Zudem kann die Laufruhe des Verbrennungsmotors verbessert werden, sodass die Verbrennungsgeräusche reduziert werden können.According to the invention, it is also provided that the speed of the internal combustion engine is increased as a function of the dynamic pressure in the exhaust system. By increasing the speed, the friction and gas exchange losses can be increased in order to increase the heating of the exhaust gas in a cold start phase of the internal combustion engine. In addition, the smooth running of the internal combustion engine can be improved, so that the combustion noise can be reduced.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegeben Verfahrens zur Abgasnachbehandlung möglich.Advantageous improvements and further developments of the exhaust gas aftertreatment method specified in the independent claim are possible as a result of the features listed in the dependent claims.

In einer vorteilhaften Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem Luftversorgungssystem eine Drosselklappe angeordnet ist, wobei die Drosselklappe geschlossen wird, um die Abgastemperatur anzuheben. Zusätzlich zu einer Erhöhung des Abgasgegendrucks durch ein Schließen der Abgasklappe kann durch ein Schließen der Drosselklappe der Druck in dem Ansaugkanal des Luftversorgungssystems stromabwärts der Drosselklappe reduziert werden. Durch die erhöhten Drosselverluste steigt ebenfalls die zu verrichtende Arbeit, wodurch die Abgastemperatur ebenfalls erhöht wird.An advantageous improvement of the method provides that a throttle valve is arranged in the air supply system, the throttle valve being closed in order to raise the exhaust gas temperature. In addition to increasing the exhaust gas back pressure by closing the exhaust gas valve, the pressure in the intake duct of the air supply system downstream of the throttle valve can be reduced by closing the throttle valve. Due to the increased throttling losses, the work to be performed also increases, which also increases the exhaust gas temperature.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Turbine des Abgasturboladers als Turbine mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt ist, wobei die variable Geometrie der Turbine zur Temperaturanhebung derart verstellt wird, dass der Wirkungsgrad des Abgasturboladers reduziert wird. Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie, bei denen die Leitschaufeln der Turbine verstellbar sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt, um das Ansprechverhalten des Abgasturboladers zu verbessern und/oder die Leistung zu erhöhen. In einer Kaltstartphase kann es sinnvoll sein, diesen Effekt bewusst umzukehren und die Verstelleinrichtung für die variable Turbinengeometrie zu nutzen, um den Wirkungsgrad und das Ansprechverhalten zu reduzieren. Dadurch kann eine erhöhte Füllung der Brennräume mit einem entsprechend hohen thermischen Wirkungsgrad vermieden werden, sodass die Komponenten der Abgasnachbehandlung, insbesondere ein NOx-Speicherkatalysator und/oder ein SCR-Katalysator auf ihre Betriebstemperatur aufgeheizt werden, ab welcher eine effiziente Einspeicherung oder Konvertierung von Stickoxiden möglich ist.In an advantageous embodiment variant, it is provided that the turbine of the exhaust gas turbocharger is designed as a turbine with variable turbine geometry, the variable geometry of the turbine being adjusted to increase the temperature in such a way that the efficiency of the exhaust gas turbocharger is reduced. Exhaust gas turbochargers with variable turbine geometry, in which the guide vanes of the turbine can be adjusted, are known from the prior art in order to improve the response behavior of the exhaust gas turbocharger and/or to increase performance. In a cold start phase, it can make sense to deliberately reverse this effect and use the adjustment device for the variable turbine geometry in order to reduce efficiency and response. As a result, an increased filling of the combustion chambers with a correspondingly high thermal efficiency can be avoided, so that the components of the exhaust gas aftertreatment, in particular a NOx storage catalytic converter and/or an SCR catalytic converter, are heated to their operating temperature, from which point efficient storage or conversion of nitrogen oxides is possible is.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Abgaskanal einen Turbinenbypass aufweist, welcher an einer Verzweigung stromaufwärts der Turbine aus dem Abgaskanal abzweigt und stromabwärts der Turbine an einer Einmündung wieder in den Abgaskanal einmündet, wobei eine Bypassklappe im Turbinenbypass geöffnet wird, wenn die Ist-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente unterhalb der Soll-Temperatur liegt. Durch einen Turbinenbypass kann eine erhöhte Zylinderfüllung mit Frischluft vermieden werden, da durch den Bypass die Drehzahl der Turbine des Abgasturboladers und somit die Leistung des Verdichters im Ansaugkanal abgesenkt werden kann. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors, insbesondere die maximale Temperatur in den Brennräumen abgesenkt werden, wodurch die Stickoxid-Rohemissionen verringert werden können. Gleichzeitig wird durch die Verringerung des Wirkungsgrades mehr Energie über das Abgas aus dem Brennraum ausgetragen, wodurch das Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten beschleunigt wird.In a preferred embodiment of the method, it is provided that the exhaust gas duct has a turbine bypass, which branches off from the exhaust gas duct at a junction upstream of the turbine and re-enters the exhaust gas duct at a junction downstream of the turbine, with a bypass flap in the turbine bypass being opened when the Actual temperature of the exhaust aftertreatment component is below the target temperature. A turbine bypass can avoid an increased cylinder filling with fresh air, since the speed of the turbine of the exhaust gas turbocharger and thus the output of the compressor in the intake port can be reduced by the bypass. As a result, the efficiency of the internal combustion engine, in particular the maximum temperature in the combustion chambers, can be lowered, as a result of which the untreated nitrogen oxide emissions can be reduced. At the same time, the reduction in efficiency means that more energy is removed from the combustion chamber via the exhaust gas, which accelerates the heating of the exhaust gas aftertreatment components.

In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Frischluftmassenstrom in dem Luftversorgungssystem ermittelt wird und die Bypassklappe in Abhängigkeit des ermittelten Frischluftmassenstroms verstellt wird. Um die Steuerung der Leistung und des Wirkungsgrades des Abgasturboladers zu verbessern ist vorgesehen, den Luftmassenstrom im Ansaugkanal zu messen und diesen bei der Steuerung der Bypassklappe zu berücksichtigen. A further improvement of the method provides that a fresh air mass flow is determined in the air supply system and the bypass flap is adjusted as a function of the determined fresh air mass flow. In order to improve the control of the output and the efficiency of the exhaust gas turbocharger, it is planned to measure the air mass flow in the intake duct and to take this into account when controlling the bypass valve.

Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Öffnungszeiten der Auslassventile derart in Richtung „spät“ verstellt werden, dass das Abgas aus der Abgasanlage in den Brennraum zurückgesaugt wird. Alternativ kann die interne Abgasrückführung dadurch erreicht werden, dass die Öffnungszeiten der Auslassventile in Richtung „spät“ verschoben und oder verlängert werden.Alternatively, it is advantageously provided that the opening times of the exhaust valves are adjusted in the “retarded” direction in such a way that the exhaust gas is sucked back from the exhaust system into the combustion chamber. Alternatively, internal exhaust gas recirculation can be achieved by shifting and/or lengthening the opening times of the exhaust valves.

Erfindungsgemäß wird ein Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum vorgeschlagen, dessen Einlass mit einem Luftversorgungssystem und dessen Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, wobei an jedem Brennraum mindestens ein Auslassventil angeordnet ist, mit welchem eine fluidische Verbindung vom Brennraum zur Abgasanlage geschlossen oder geöffnet werden kann. In einem Abgaskanal der Abgasanlage ist stromabwärts des Auslasses eine Turbine eines Abgasturboladers angeordnet, wobei in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors durch die Abgasanlage stromabwärts der Turbine mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente angeordnet ist. Die Abgasanlage weist ferner eine Abgasklappe auf, mit welcher der Abgaskanal stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente versperrt werden kann. Es ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor mit einem Motorsteuergerät verbunden ist, welches dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird. Ein solcher Verbrennungsmotor ermöglicht es, durch die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens die Rohemissionen des Verbrennungsmotors zu verringern. Dabei werden die Rohemissionen insbesondere in einer Startphase, besonders bevorzugt bei einem Kaltstart, des Verbrennungsmotors durch das Schließen der Abgasklappe und die innere Abgasrückführung verringert und die Abgastemperatur angehoben, um die Komponenten der Abgasnachbehandlung schneller auf ihre zur Konvertierung von Schadstoffen notwendige Betriebstemperatur zu bringen.According to the invention, an internal combustion engine with at least one combustion chamber is proposed whose inlet is connected to an air supply system and whose outlet is connected to an exhaust system, at least one outlet valve being arranged on each combustion chamber, with which a fluidic connection from the combustion chamber to the exhaust system can be closed or opened. A turbine of an exhaust gas turbocharger is arranged in an exhaust gas duct of the exhaust system downstream of the outlet, at least one exhaust gas aftertreatment component being arranged downstream of the turbine in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine through the exhaust system. The exhaust system also has an exhaust flap, with which the exhaust gas duct can be blocked downstream of the exhaust gas aftertreatment component. Provision is made for the internal combustion engine to be connected to an engine control unit which is set up to carry out a method according to the invention when a machine-readable program code is executed by the control unit. Such an internal combustion engine makes it possible to reduce the untreated emissions of the internal combustion engine by carrying out a method according to the invention. The raw emissions are reduced, especially in a starting phase, particularly preferably during a cold start, of the internal combustion engine by closing the exhaust gas valve and the internal exhaust gas recirculation and the exhaust gas temperature is increased in order to bring the components of the exhaust gas aftertreatment more quickly to the operating temperature required for the conversion of pollutants.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor einen Verstellmechanismus zur Anpassung der Öffnungszeiten der Auslassventile aufweist. Ein solcher Verstellmechanismus kann insbesondere einen hydraulischen oder elektrischen Nockenwellenversteller, ein vollvariablen Ventiltrieb, einen schaltbaren Zusatznocken oder ähnliche Mechanismen aufweisen, welche geeignet sind, ein Öffnen der Auslassventile zu ermöglichen, während der Kolben des Verbrennungsmotors in einem Ansaugtakt das Volumen des Brennraums vergrößert.In a preferred embodiment of the internal combustion engine, it is provided that the internal combustion engine has an adjusting mechanism for adjusting the opening times of the exhaust valves. Such an adjusting mechanism can in particular have a hydraulic or electric camshaft adjuster, a fully variable valve train, a switchable additional cam or similar mechanisms which are suitable for enabling the exhaust valves to open while the piston of the internal combustion engine increases the volume of the combustion chamber in an intake stroke.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Verstellmechanismus eine Verstellwelle mit einem Steuernocken aufweist, wobei der Steuernocken verstellbar ist. Durch eine Verstellwelle können die Auslassventile mehrerer Brennräume gleichzeitig verändert werden, sodass eine innere Abgasrückführung in allen Brennräumen erfolgt.It is particularly preferred if the adjustment mechanism has an adjustment shaft with a control cam, the control cam being adjustable. The exhaust valves of several combustion chambers can be changed at the same time using an adjusting shaft, so that internal exhaust gas recirculation takes place in all combustion chambers.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers mindestens ein Katalysator mit einer Oxidationsstufe, insbesondere ein Oxidationskatalysator oder NOx-Speicherkatalysator, ein Partikelfilter und ein SCR-Katalysator angeordnet sind. Für eine effektive Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, ist es vorteilhaft, wenn eine Oxidationsstufe, eine Reduktionsstufe sowie eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Entfernung von Feststoffen aus dem Abgas des Verbrennungsmotors vorhanden sind. Eine bevorzugte Kombination von Abgasnachbehandlungskomponenten eines Dieselmotors stellen ein NOx-Speicherkatalysator oder ein Oxidationskatalysator, ein Partikelfilter und ein SCR-Katalysator dar. Dabei können der Partikelfilter und der SCR-Katalysator in einem Bauteil zusammengefasst werden, wenn der Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung versehen wird.In a preferred embodiment of the internal combustion engine, at least one catalytic converter with an oxidation stage, in particular an oxidation catalytic converter or NOx storage catalytic converter, a particle filter and an SCR catalytic converter, is arranged in the exhaust system of the internal combustion engine downstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger. For effective exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, it is advantageous if an oxidation stage, a reduction stage and an exhaust gas aftertreatment component for removing solids from the exhaust gas of the internal combustion engine are present. A preferred combination of exhaust aftertreatment components of a diesel engine is a NOx storage catalytic converter or an oxidation catalytic converter, a particulate filter and an SCR catalytic converter. The particulate filter and the SCR catalytic converter can be combined in one component if the particulate filter is provided with an SCR coating .

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Katalysator mit Oxidationsstufe als NOx-Speicherkatalysator, insbesondere als Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator, ausgeführt ist. Da SCR-Katalysatoren erst ab einer Temperatur von etwas 200°C eine effiziente Konvertierung von Stickoxiden ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Stickoxide bei niedrigeren Temperaturen, also bei Temperaturen unterhalb von 200°C, in einem NOx-Speicherkatalysator gespeichert werden können, zumindest solange, bis der SCR-Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat. Daher kann ein Niedertemperatur NOx-Speicherkatalysator effektiv dazu beitragen, die Emissionen des Verbrennungsmotors insbesondere in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors zu senken.It is particularly preferred if the catalytic converter with an oxidation stage is designed as a NOx storage catalytic converter, in particular as a low-temperature NOx storage catalytic converter. Since SCR catalytic converters only enable efficient conversion of nitrogen oxides from a temperature of around 200°C, it is advantageous if the nitrogen oxides can be stored in a NOx storage catalytic converter at lower temperatures, i.e. at temperatures below 200°C, at least until the SCR catalytic converter has reached its operating temperature. A low-temperature NOx storage catalytic converter can therefore make an effective contribution to reducing emissions from the internal combustion engine, particularly in the cold-start phase of the internal combustion engine.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage stromabwärts der Turbine eine Verzweigung vorgesehen ist, an welcher eine Abgasrückführungsleitung einer Niederdruck-Abgasrückführung aus dem Abgaskanal abzweigt. Dabei verbindet die Abgasrückführungsleitung den Abgaskanal mit einem Ansaugkanal des Luftversorgungssystems stromaufwärts eines Verdichters des Abgasturboladers, wobei in der Abgasrückführungsleitung ein Abgasrückführungsventil vorgesehen ist. Durch eine Niederdruck-Abgasrückführung können die Rohemissionen eines Verbrennungsmotors in bekannter Weise verringert werden. Um eine effektive Anhebung des Abgasgegendrucks in der Startphase des Verbrennungsmotors zu erreichen, muss sichergestellt werden, dass das Abgas in dieser Betriebsphase nicht über die Niederdruck-Abgasrückführung zurückströmt. Daher ist in dieser Phase das Abgasrückführungsventil in der Niederdruck-Abgasrückführung geschlossen, um den Aufbau von Staudruck in der Abgasanlage zu ermöglichen.In another preferred embodiment of the invention, a branch is provided in the exhaust system downstream of the turbine, at which branch an exhaust gas recirculation line of a low-pressure exhaust gas recirculation system branches off from the exhaust gas duct. The exhaust gas recirculation line connects the exhaust gas duct to an intake duct of the air supply system upstream of a compressor of the exhaust gas turbocharger, an exhaust gas recirculation valve being provided in the exhaust gas recirculation line. The untreated emissions of an internal combustion engine can be reduced in a known manner by low-pressure exhaust gas recirculation. In order to achieve an effective increase in the exhaust back pressure in the starting phase of the combustion engine, it must be ensured that the exhaust gas does not flow back via the low-pressure exhaust gas recirculation in this operating phase. Therefore, in this phase, the exhaust gas recirculation valve in the low-pressure exhaust gas recirculation is closed to allow back pressure to build up in the exhaust system.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage ein Turbinenbypass vorgesehen ist, welcher an einer Verzweigung stromaufwärts der Turbine aus dem Abgaskanal abzweigt und an einer Einmündung stromabwärts der Turbine wieder in den Abgaskanal einmündet, wobei in dem Turbinenbypass ein schaltbares Bypassventil, insbesondere eine schaltbare Bypassklappe, angeordnet ist. Durch einen Turbinenbypass kann die Leistung des Abgasturboladers gesteuert werden. Dabei ist in dem Turbinenbypass ein schaltbares Ventil, insbesondere eine Klappe vorgesehen, um den Abgasstrom durch die Turbine oder den Turbinenbypass zu steuern.In an advantageous further development of the internal combustion engine, it is provided that in the A turbine bypass is provided in the exhaust system, which branches off from the exhaust gas duct at a junction upstream of the turbine and re-enters the exhaust gas duct at a junction downstream of the turbine, with a switchable bypass valve, in particular a switchable bypass flap, being arranged in the turbine bypass. The output of the exhaust gas turbocharger can be controlled by a turbine bypass. In this case, a switchable valve, in particular a flap, is provided in the turbine bypass in order to control the flow of exhaust gas through the turbine or the turbine bypass.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Unless stated otherwise in the individual case, the various embodiments of the invention mentioned in this application can advantageously be combined with one another.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage;
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage, wobei ein Turbinenbypass für eine Turbine des Abgasturboladers vorgesehen ist;
  • 3 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors;
  • 4 ein weiteres Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors;
  • 5 ein weiteres Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:
  • 1 a first embodiment of an internal combustion engine with an air supply system and an exhaust system;
  • 2 a further exemplary embodiment of an internal combustion engine with an air supply system and an exhaust system, a turbine bypass being provided for a turbine of the exhaust gas turbocharger;
  • 3 a simplified flow chart for carrying out a method according to the invention for the exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine;
  • 4 a further flowchart for carrying out a method according to the invention for the exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine;
  • 5 a further flow chart for carrying out a method according to the invention for the exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine.

1 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10. Der Verbrennungsmotor 10 ist als direkteinspritzender Dieselmotor ausgeführt. Der Verbrennungsmotor 10 weist mehrere Brennräume 12 auf. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Einlass 20 mit einem Luftversorgungssystem 30 und mit seinem Auslass 22 mit einer Abgasanlage 50 verbunden. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst ferner eine Hochdruck-Abgasrückführung 24 mit einem Hochdruck-Abgasrückführungsventil 26, über welches ein Abgas des Verbrennungsmotors 10 von dem Auslass 22 zum Einlass 20 zurückgeführt werden kann. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile 16 und Auslassventile 18 angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Luftversorgungssystem 30 zu den Brennräumen 12 oder von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 50 geöffnet oder verschlossen werden kann. Ferner ist an dem Verbrennungsmotor 10 ein Verstellmechanismus 28 vorgesehen, über welchen die Öffnungszeiten der Auslassventile 18 veränderbar sind. Zusätzlich kann ein weiterer, nicht dargestellter Verstellmechanismus zur Verstellung der Öffnungszeiten des Einlassventils vorhanden sein. Der Verstellmechanismus 28, insbesondere eine Verstellwelle, ist über ein Verstellelement 94 ansteuerbar, sodass die Öffnungszeiten des Auslassventils 18 an zumindest zwei Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 10 angepasst werden können. Die Verstellung der Öffnungszeiten kann beispielsweise über einen schaltbaren Zusatznocken, eine elektronische Ventilsteuerung, einen hydraulischen oder elektrischen Nockenwellenversteller oder einen ähnlichen Verstellmechanismus erfolgen, welcher einen zusätzlichen Öffnungsvorgang der Auslassventile 18 oder eine entsprechende Anpassung der Öffnungszeiten der Auslassventile 18 ermöglich, derart, dass eine innere Abgasrückführung durchgeführt werden kann, bei welcher das Abgas aus der Abgasanlage 50 in die Brennräume 12 zurückgesaugt wird. Insbesondere ist während eines Ansaugtaktes des Verbrennungsmotors 10 eine Überschneidung der Öffnungszeiten der Einlassventile 16 und der Auslassventile 18 vorgesehen, um die Brennräume 12 mit einer erhöhten Abgasmenge und einer reduzierten Frischluftmenge zu füllen. 1 shows the schematic representation of an internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 is designed as a direct-injection diesel engine. Internal combustion engine 10 has multiple combustion chambers 12 . A fuel injector 14 for injecting a fuel into the respective combustion chamber 12 is arranged on each of the combustion chambers 12 . The internal combustion engine 10 is connected to an air supply system 30 at its inlet 20 and to an exhaust system 50 at its outlet 22 . The internal combustion engine 10 also includes a high-pressure exhaust gas recirculation system 24 with a high-pressure exhaust gas recirculation valve 26, via which an exhaust gas from the internal combustion engine 10 can be recirculated from the outlet 22 to the inlet 20. Inlet valves 16 and outlet valves 18 are arranged on the combustion chambers 12, with which a fluidic connection from the air supply system 30 to the combustion chambers 12 or from the combustion chambers 12 to the exhaust system 50 can be opened or closed. Furthermore, an adjustment mechanism 28 is provided on the internal combustion engine 10, via which the opening times of the exhaust valves 18 can be changed. In addition, there can be a further adjustment mechanism, not shown, for adjusting the opening times of the intake valve. The adjusting mechanism 28, in particular an adjusting shaft, can be controlled via an adjusting element 94, so that the opening times of the exhaust valve 18 can be adjusted to at least two operating states of the internal combustion engine 10. The opening times can be adjusted, for example, via a switchable additional cam, electronic valve control, a hydraulic or electric camshaft adjuster or a similar adjusting mechanism, which enables an additional opening process of the exhaust valves 18 or a corresponding adjustment of the opening times of the exhaust valves 18 in such a way that internal exhaust gas recirculation can be carried out, in which the exhaust gas from the exhaust system 50 is sucked back into the combustion chambers 12. In particular, an overlapping of the opening times of the intake valves 16 and the exhaust valves 18 is provided during an intake stroke of the internal combustion engine 10 in order to fill the combustion chambers 12 with an increased amount of exhaust gas and a reduced amount of fresh air.

Das Luftversorgungssystem 30 umfasst eine Ansaugleitung 38, in welcher in Strömungsrichtung von Frischluft durch die Ansaugleitung 38 ein Luftfilter 32, stromabwärts des Luftfilters ein Luftmassenmesser 34, insbesondere ein Heißfilmluftmassenmesser, stromabwärts des Luftmassenmessers ein Verdichter 36 eines Abgasturboladers 46, stromabwärts des Verdichters 36 eine Drosselklappe 38 und weiter stromabwärts ein Ladeluftkühler 42 angeordnet sind. Dabei kann der Luftmassenmesser 34 auch in einem Filtergehäuse des Luftfilters 32 angeordnet sein, sodass der Luftfilter 32 und der Luftmassenmesser 34 eine Baugruppe ausbildet. Stromabwärts des Luftfilters 32 und stromaufwärts des Verdichters 36 ist eine Einmündung 44 vorgesehen, an welcher eine Abgasrückführungsleitung 86 einer Niederdruck-Abgasrückführung 80 in den Ansaugkanal 38 mündet.Air supply system 30 includes an intake line 38, in which, in the flow direction of fresh air through intake line 38, is an air filter 32, downstream of the air filter is an air mass meter 34, in particular a hot-film air mass meter, downstream of the air mass meter is a compressor 36 of an exhaust gas turbocharger 46, and downstream of compressor 36 is a throttle valve 38 and a charge air cooler 42 are arranged further downstream. The air mass meter 34 can also be arranged in a filter housing of the air filter 32, so that the air filter 32 and the air mass meter 34 form an assembly. A junction 44 is provided downstream of the air filter 32 and upstream of the compressor 36 , at which an exhaust gas recirculation line 86 of a low-pressure exhaust gas recirculation system 80 opens into the intake passage 38 .

Die Abgasanlage 50 umfasst einen Abgaskanal 52, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 52 eine Turbine 54 des Abgasturboladers 46 angeordnet ist, welche den Verdichter 36 im Luftversorgungssystem 30 über eine Welle antreibt. Der Abgasturbolader 46 ist vorzugsweise als Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 54 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 54 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 54 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 64, 66, 68, 70, 74 vorgesehen. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 54 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein NOx-Speicherkatalysator 66 angeordnet, welcher einen Oxidationskatalysator 64 umfasst. Stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 64 ist ein Partikelfilter 68 mit einer Beschichtung 70 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Stromabwärts des Partikelfilters 68 ist ein SCR-Katalysator 74 angeordnet. Weiter stromabwärts ist in dem Abgaskanal 52 eine Abgasklappe 76 vorgesehen, mit welcher der Querschnitt des Abgaskanals 52 zumindest teilweise versperrt werden kann, um den Abgasgegendruck im Abgaskanal 52 zu erhöhen. Stromabwärts des Partikelfilters 68 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 74 ist am Abgaskanal 52 eine Verzweigung 72 vorgesehen, an welcher eine Abgasrückführungsleitung 86 einer Niederdruck-Abgasrückführung 80 aus dem Abgaskanal 52 abzweigt. Die Niederdruck-Abgasrückführung 80 umfasst neben der Abgasrückführungsleitung 86 einen Niederdruck-Abgasrückführungskühler 82 und ein Abgasrückführungsventil, über welches die Abgasrückführung durch die Abgasrückführungsleitung 86 steuerbar ist. An der Abgasrückführungsleitung 86 der Niederdruck-Abgasrückführung 80 ist ein Temperatursensor 88 vorgesehen, über welchen eine Abgastemperatur in der Niederdruck-Abgasrückführung ermittelt werden kann, um die Niederdruck-Abgasrückführung 80 zu aktivieren, sobald die Abgastemperatur in der Niederdruck-Abgasrückführung 80 einen definierten Schwellenwert überschritten hat. Somit kann verhindert werden, dass Wasserdampf oder im Abgas enthaltenes Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere flüssige Harnstofflösung, auskondensiert und in der Niederdruck-Abgasrückführung oder im Luftversorgungssystem zu Beschädigungen oder Ablagerungen führt.The exhaust system 50 includes an exhaust gas duct 52 in which a turbine 54 of the exhaust gas turbocharger 46 is arranged in the direction of flow of an exhaust gas from the internal combustion engine 10 through the exhaust gas duct 52, which turbine drives the compressor 36 in the air supply system 30 via a shaft. the Exhaust gas turbocharger 46 is preferably designed as an exhaust gas turbocharger with variable turbine geometry. For this purpose, adjustable guide vanes are connected upstream of a turbine wheel of the turbine 54, via which the flow of the exhaust gas onto the vanes of the turbine 54 can be varied. A plurality of exhaust gas aftertreatment components 64 , 66 , 68 , 70 , 74 are provided downstream of the turbine 54 . A NOx storage catalytic converter 66 , which includes an oxidation catalytic converter 64 , is arranged directly downstream of the turbine 54 as the first component of the exhaust gas aftertreatment. A particle filter 68 with a coating 70 for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides is arranged downstream of the NOx storage catalytic converter 64 . An SCR catalytic converter 74 is arranged downstream of the particle filter 68 . An exhaust flap 76 is provided further downstream in the exhaust gas duct 52 , with which the cross section of the exhaust gas duct 52 can be at least partially blocked in order to increase the exhaust gas back pressure in the exhaust gas duct 52 . A branch 72 is provided on the exhaust gas channel 52 downstream of the particle filter 68 and upstream of the SCR catalytic converter 74 , at which branch an exhaust gas recirculation line 86 of a low-pressure exhaust gas recirculation system 80 branches off from the exhaust gas channel 52 . In addition to the exhaust gas recirculation line 86 , the low-pressure exhaust gas recirculation system 80 includes a low-pressure exhaust gas recirculation cooler 82 and an exhaust gas recirculation valve, via which the exhaust gas recirculation through the exhaust gas recirculation line 86 can be controlled. A temperature sensor 88 is provided on exhaust gas recirculation line 86 of low-pressure exhaust gas recirculation 80, via which an exhaust gas temperature in the low-pressure exhaust gas recirculation can be determined in order to activate low-pressure exhaust gas recirculation 80 as soon as the exhaust gas temperature in low-pressure exhaust gas recirculation 80 exceeds a defined threshold value has. This can prevent water vapor or reducing agent contained in the exhaust gas for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, in particular liquid urea solution, from condensing out and causing damage or deposits in the low-pressure exhaust gas recirculation or in the air supply system.

In der Abgasanlage 50 ist stromabwärts des Auslasses 22 des Verbrennungsmotors 10 und stromaufwärts der Turbine 54 des Abgasturboladers 46 ein Drucksensor 78 vorgesehen, über welchen ein Druck in der Abgasanlage 50 ermittelt werden kann. Ferner ist in dem Abgaskanal 52, vorzugsweise an einer der Abgasnachbehandlungskomponenten 64, 66, 68, 70, 74, insbesondere am Partikelfilter 66 oder am SCR-Katalysator 74 ein Temperatursensor 92 vorgesehen, mit welchem eine Abgastemperatur TEG in der Abgasanlage 50 überwacht werden kann, um eine effektive und effiziente Abgasnachbehandlung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.A pressure sensor 78 is provided in the exhaust system 50 downstream of the outlet 22 of the internal combustion engine 10 and upstream of the turbine 54 of the exhaust gas turbocharger 46, via which a pressure in the exhaust system 50 can be determined. Furthermore, a temperature sensor 92 is provided in exhaust gas duct 52, preferably on one of exhaust gas aftertreatment components 64, 66, 68, 70, 74, in particular on particle filter 66 or on SCR catalytic converter 74, with which an exhaust gas temperature T EG in exhaust gas system 50 can be monitored to enable an effective and efficient exhaust aftertreatment of the exhaust gas of the internal combustion engine 10.

Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 90 verbunden, welches über nicht dargestellte Signalleitungen mit den Druck- und Temperatursensoren 78, 88, 92 sowie mit den Steuereinrichtungen 24, 94 des Verbrennungsmotors 10, des Luftversorgungssystems 34, 40 sowie der Abgasanlage 76, 84 verbunden ist.Internal combustion engine 10 is connected to an engine control unit 90, which is connected via signal lines (not shown) to pressure and temperature sensors 78, 88, 92 and to control devices 24, 94 of internal combustion engine 10, air supply system 34, 40 and exhaust system 76, 84 .

In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Turbinenbypass 56 vorgesehen, welcher an einer Verzweigung 60 stromaufwärts der Turbine 54 aus dem Abgaskanal 52 abzweigt und unmittelbar stromabwärts der Turbine 54 an einer Einmündung 62 wieder in den Abgaskanal 52 einmündet. In dem Turbinenbypass 56 ist ein Bypassventil 58, insbesondere eine Bypassklappe, angeordnet, um den Abgasstrom durch die Turbine 54 und/oder durch den Turbinenbypass 56 zu steuern.In 2 another exemplary embodiment of an internal combustion engine 10 is shown. With essentially the same structure as 1 embodied, a turbine bypass 56 is additionally provided in this exemplary embodiment, which branches off from the exhaust gas duct 52 at a junction 60 upstream of the turbine 54 and re-enters the exhaust gas duct 52 immediately downstream of the turbine 54 at a junction 62 . A bypass valve 58 , in particular a bypass valve, is arranged in the turbine bypass 56 in order to control the flow of exhaust gas through the turbine 54 and/or through the turbine bypass 56 .

In 3 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt <100> wird die Ist-Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere eines Katalysators 64, 66, 74 oder eines Partikelfilters 68 ermittelt. In einem zweiten Verfahrensschritt <110> wird die Ist-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente 64, 66, 68, 70, 74 mit einer Soll-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere einer Light-Off-Temperatur oder einer Aktivierungstemperatur eines Katalysators 64, 66, 74, verglichen. Liegt die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente 64, 66, 68, 70, 74 unterhalb der Soll-Temperatur, sodass eine effiziente Abgasnachbehandlung durch diese Abgaskomponente noch nicht möglich ist, so wird in einem Verfahrensschritt <120> die Abgasklappe 76 im Abgaskanal 52 geschlossen, um den Abgasgegendruck zu erhöhen. Parallel wird in einem Verfahrensschritt <130> eine innere Abgasrückführung in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 aktiviert, indem die Öffnungszeiten der Auslassventile 18 angepasst werden und insbesondere ein zusätzlicher Öffnungsvorgang der Auslassventile 18 durch einen zweiten Hub der Auslassventile 18 durchgeführt wird. Durch die erhöhte Ausschiebearbeit des Verbrennungsmotors 10 gegen den erhöhten Abgasgegendruck in der Abgasanlage aufgrund des Schließens der Abgasklappe 76 wird die Abgastemperatur angehoben, sodass die Abgasnachbehandlungskomponenten schneller ihre Light-Off-Temperatur oder Aktivierungstemperatur erreichen. Ferner wird durch die innere Abgasrückführung die zurückgeführte Abgasmenge erhöht, wodurch die NOx-Rohemissionen bei der Verbrennung des Kraftstoffes in den Brennräumen 12 des Verbrennungsmotors 10 gesenkt werden. Zusätzlich kann die Drosselklappe 40 im Ansaugkanal 38 geschlossen werden, wodurch die Drosselverluste steigen, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Abgastemperatur führt.In 3 a flowchart for carrying out a method according to the invention for the exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine 10 is shown. In a first method step <100>, the actual temperature of an exhaust gas aftertreatment component, in particular a catalytic converter 64, 66, 74 or a particle filter 68, is determined. In a second method step <110>, the actual temperature of the exhaust gas aftertreatment component 64, 66, 68, 70, 74 is compared to a target temperature of the exhaust gas aftertreatment component, in particular a light-off temperature or an activation temperature of a catalytic converter 64, 66, 74 . If the temperature of the exhaust gas aftertreatment components 64, 66, 68, 70, 74 is below the target temperature, so that efficient exhaust gas aftertreatment by this exhaust gas component is not yet possible, then in a method step <120> the exhaust gas flap 76 in the exhaust gas duct 52 is closed in order to increase exhaust back pressure. At the same time, in a method step <130>, internal exhaust gas recirculation into the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 is activated by adjusting the opening times of the exhaust valves 18 and, in particular, by carrying out an additional opening process of the exhaust valves 18 by means of a second lift of the exhaust valves 18. The exhaust gas temperature is increased by the increased exhaust work of the internal combustion engine 10 against the increased exhaust back pressure in the exhaust system due to the closing of the exhaust flap 76, so that the exhaust gas aftertreatment components reach their light-off temperature or activation temperature more quickly. Furthermore, through the internal exhaust gas recirculation, the recirculated exhaust gas quantity increased, whereby the raw NOx emissions during the combustion of the fuel in the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 are reduced. In addition, the throttle flap 40 in the intake passage 38 can be closed, which increases the throttle losses, which also leads to an increase in the exhaust gas temperature.

In 4 ist ein weiteres Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt <200> wird die Ist-Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere eines Katalysators 64, 66, 74 oder eines Partikelfilters 68 ermittelt. In einem zweiten Verfahrensschritt <210> wird die Ist-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente 64, 66, 68, 70, 74 mit einer Soll-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere einer Light-Off-Temperatur oder einer Aktivierungstemperatur eines Katalysators 64, 66, 74 verglichen. In einem Verfahrensschritt <215> wird der Soll-Abgasgegendruck in der Abgasanlage 50 am Drucksensor 78 stromabwärts des Auslasses 22 und stromaufwärts der Turbine 54 berechnet. In einem Verfahrensschritt <220> wird die Abgasklappe 76 auf einen Sollwert gestellt, um den Abgasgegendruck entsprechend anzupassen. In einem Verfahrensschritt <225> wird der Motorbetriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 bezüglich der Drehzahl und dem effektiven Drehmoment ermittelt. In Abhängigkeit von diesem Motorbetriebspunkt wird dann gegebenenfalls in einem Verfahrensschritt <230> die innere Abgasrückführung aktiviert, um die in die Brennräume 12 zurückgeführte Abgasmenge zu erhöhen.In 4 a further flow chart of a method according to the invention for the exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine 10 is shown. In a first method step <200>, the actual temperature of an exhaust gas aftertreatment component, in particular a catalytic converter 64, 66, 74 or a particle filter 68, is determined. In a second method step <210>, the actual temperature of the exhaust gas aftertreatment component 64, 66, 68, 70, 74 is compared to a target temperature of the exhaust gas aftertreatment component, in particular a light-off temperature or an activation temperature of a catalytic converter 64, 66, 74. In a method step <215>, the target exhaust gas back pressure in the exhaust system 50 is calculated at the pressure sensor 78 downstream of the outlet 22 and upstream of the turbine 54 . In a method step <220>, the exhaust gas flap 76 is set to a target value in order to adapt the exhaust gas back pressure accordingly. In a method step <225>, the engine operating point of the internal combustion engine 10 is determined with regard to the speed and the effective torque. Depending on this engine operating point, the internal exhaust gas recirculation is then optionally activated in a method step <230> in order to increase the amount of exhaust gas recirculated into the combustion chambers 12 .

In 5 ist ein Ablaufdiagramm eines modifizierten Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt, bei welchen ein Turbinenbypass 56 für die Turbine 54 des Abgasturboladers 46 vorgesehen ist. In einem ersten Verfahrensschritt <300> wird die Ist-Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere eines Katalysators 64, 66, 74 oder eines Partikelfilters 68 ermittelt. In einem zweiten Verfahrensschritt <310> wird die Ist-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente 64, 66, 68, 70, 74 mit einer Soll-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere einer Light-Off-Temperatur oder einer Aktivierungstemperatur eines Katalysators 64, 66, 74 verglichen. In einem Verfahrensschritt <315> wird der Soll-Abgasgegendruck in der Abgasanlage 50 am Drucksensor 78 stromabwärts des Auslasses 22 und stromaufwärts der Turbine 54 berechnet. In einem Verfahrensschritt <320> wird die Abgasklappe 76 auf einen Sollwert gestellt, um den Abgasgegendruck entsprechend anzupassen. In einem Verfahrensschritt <321> wird über den Luftmassenmesser 34 ein Frischluftmassenstrom im Ansaugkanal 38 des Luftversorgungssystems 30 ermittelt. In einem Verfahrensschritt <322> wird das Bypassventil 58 im Turbinenbypass 56 der Turbine 54 entsprechend gestellt, um den Abgasstrom entsprechend über den Turbinenbypass 56, die Turbine 54 oder anteilig über beide zu führen. In einem Verfahrensschritt <325> wird der Motorbetriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 bezüglich der Drehzahl und dem effektiven Drehmoment ermittelt. In Abhängigkeit von diesem Motorbetriebspunkt wird dann gegebenenfalls in einem Verfahrensschritt <330> die innere Abgasrückführung aktiviert, um die in die Brennräume 12 zurückgeführte Abgasmenge zu erhöhen.In 5 a flowchart of a modified method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine 10 is shown, in which a turbine bypass 56 for the turbine 54 of the exhaust gas turbocharger 46 is provided. In a first method step <300>, the actual temperature of an exhaust gas aftertreatment component, in particular a catalytic converter 64, 66, 74 or a particle filter 68, is determined. In a second method step <310>, the actual temperature of the exhaust gas aftertreatment component 64, 66, 68, 70, 74 is compared to a target temperature of the exhaust gas aftertreatment component, in particular a light-off temperature or an activation temperature of a catalytic converter 64, 66, 74. In a method step <315>, the target exhaust gas back pressure in the exhaust system 50 is calculated at the pressure sensor 78 downstream of the outlet 22 and upstream of the turbine 54 . In a method step <320>, the exhaust gas valve 76 is set to a target value in order to adapt the exhaust gas back pressure accordingly. In a method step <321>, a fresh air mass flow in the intake duct 38 of the air supply system 30 is determined via the air mass meter 34 . In a method step <322>, the bypass valve 58 in the turbine bypass 56 of the turbine 54 is adjusted accordingly in order to route the exhaust gas flow accordingly via the turbine bypass 56, the turbine 54 or proportionally via both. In a method step <325>, the engine operating point of the internal combustion engine 10 is determined with regard to the speed and the effective torque. Depending on this engine operating point, the internal exhaust gas recirculation is then optionally activated in a method step <330> in order to increase the amount of exhaust gas recirculated into the combustion chambers 12 .

BezugszeichenlisteReference List

1010
Verbrennungsmotorcombustion engine
1212
Brennraumcombustion chamber
1414
Kraftstoffinjektorfuel injector
1616
Einlassventilintake valve
1818
Auslassventil outlet valve
2020
Einlassinlet
2222
Auslassoutlet
2424
Hochdruck-AbgasrückführungHigh pressure exhaust gas recirculation
2626
Hochdruck-AbgasrückführungsventilHigh pressure exhaust gas recirculation valve
2828
Verstellmechanismus adjustment mechanism
3030
Luftversorgungssystemair supply system
3232
Luftfilterair filter
3434
Luftmassenmessermass airflow meter
3636
Verdichtercompressor
3838
Ansaugkanal intake duct
4040
Drosselklappethrottle
4242
Ladeluftkühlerintercooler
4444
Einmündungconfluence
4646
Abgasturbolader exhaust gas turbocharger
5050
Abgasanlageexhaust system
5252
Abgaskanalexhaust duct
5454
Turbineturbine
5656
Turbinenbypassturbine bypass
5858
Bypassventil bypass valve
6060
Verzweigungbranch
6262
Einmündungconfluence
6464
Oxidationskatalysatoroxidation catalyst
6666
NOx-SpeicherkatalysatorNOx storage catalyst
6868
Partikelfilter particle filter
7070
SCR-BeschichtungSCR coating
7272
Verzweigungbranch
7474
SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
7676
Abgasklappeexhaust flap
7878
Drucksensor pressure sensor
8080
Niederdruck-AbgasrückführungLow-pressure exhaust gas recirculation
8282
Niederdruck-AbgasrückführungskühlerLow pressure exhaust gas recirculation cooler
8484
Abgasrückführungsventilexhaust gas recirculation valve
8686
Abgasrückführungsleitungexhaust gas recirculation line
8888
Temperatursensor temperature sensor
9090
Steuergerätcontrol unit
9292
Temperatursensortemperature sensor
9494
Verstellelementadjustment element

Claims (12)

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit mindestens einem Brennraum (12), wobei der Verbrennungsmotor (10) über seinem Einlass (20) mit einem Luftversorgungssystem (30) verbunden ist und mit seinem Auslass (22) mit einer Abgasanlage (50) verbunden ist, wobei an dem Brennraum (12) mindestens ein Auslassventil (18) angeordnet ist, mit welchem eine fluidische Verbindung vom Brennraum (12) zur Abgasanlage (50) geschlossen oder geöffnet werden kann, wobei in einem Abgaskanal (52) der Abgasanlage (50) stromabwärts des Auslasses (22) eine Turbine (54) eines Abgasturboladers (46) angeordnet ist, und wobei in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) durch den Abgaskanal (52) stromabwärts der Turbine (54) des Abgasturboladers (46) mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68, 70) angeordnet ist, sowie mit einer Abgasklappe (76), mit welcher der Abgaskanal (52) stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68, 70) versperrt werden kann, umfassend folgende Schritte: - Ermitteln einer Ist-Temperatur (Tist) einer der mindestens einen Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68, 70), - Vergleich der ermittelten Ist-Temperatur (Tist) der Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68, 70) mit einer Soll-Temperatur (Tsoll), - Schließen der Abgasklappe (76) zur Erhöhung des Abgasgegendrucks im Abgaskanal (52) und Veränderung der Öffnungszeiten des mindestens einen Auslassventils (18), um das Abgas aus der Abgasanlage (50) mittels einer internen Abgasrückführung zurück in den Brennraum (12) zu saugen, wenn die Ist-Temperatur (Tist) der Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68 70) unterhalb der Soll-Temperatur (Tsoll) liegt, wobei - die Öffnungszeiten des Auslassventils (18) durch einen zusätzlichen Öffnungsvorgang des Auslassventils (18) verlängert werden, wobei - ein Motorbetriebspunkt des Verbrennungsmotors (10) ermittelt wird, und in Abhängigkeit des Motorbetriebspunktes ein Soll-Abgasgegendruck in dem Abgaskanal (52) stromabwärts des Auslasses (22) und stromaufwärts der Turbine (54) ermittelt wird, und wobei - die Drehzahl des Verbrennungsmotors (10) in Abhängigkeit von dem Staudruck in der Abgasanlage (50) angehoben wird.Method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with at least one combustion chamber (12), the internal combustion engine (10) being connected to an air supply system (30) via its inlet (20) and being connected to an exhaust system (50) by its outlet (22). at least one outlet valve (18) is arranged on the combustion chamber (12), with which a fluidic connection from the combustion chamber (12) to the exhaust system (50) can be closed or opened, wherein in an exhaust gas duct (52) of the exhaust system (50 ) A turbine (54) of an exhaust gas turbocharger (46) is arranged downstream of the outlet (22), and wherein in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine (10) through the exhaust gas duct (52) downstream of the turbine (54) of the exhaust gas turbocharger (46) at least one Exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68, 70) is arranged, and with an exhaust gas valve (76) with which the exhaust gas duct (52) downstream of the exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68, 70) is blocked rden, comprising the following steps: - determining an actual temperature (T ist ) of the at least one exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68, 70), - comparing the determined actual temperature (T ist ) of the exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68, 70) with a set temperature (T soll), - closing the exhaust valve (76) to increase the exhaust back pressure in the exhaust passage (52) and changing the opening times of the at least one exhaust valve (18) to the exhaust gas from the exhaust system (50 ) to suck back into the combustion chamber (12) by means of an internal exhaust gas recirculation, when the actual temperature (T ist) of the exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68, 70) below the set temperature (T soll) is located, wherein - the opening times of the Exhaust valve (18) are extended by an additional opening process of the exhaust valve (18), wherein - an engine operating point of the internal combustion engine (10) is determined, and depending on the engine operating point, a target exhaust gas back pressure in the Ab gas channel (52) downstream of the outlet (22) and upstream of the turbine (54) is determined, and wherein - the speed of the internal combustion engine (10) depending on the dynamic pressure in the exhaust system (50) is increased. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luftversorgungssystem (30) eine Drosselklappe (40) angeordnet ist, wobei die Drosselklappe (40) geschlossen wird, um die Abgastemperatur (TEG) anzuheben.Process for exhaust aftertreatment claim 1 , characterized in that a throttle valve (40) is arranged in the air supply system (30), the throttle valve (40) being closed in order to raise the exhaust gas temperature (T EG ). Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (54) des Abgasturboladers (46) als Turbine (54) mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt ist, wobei die variable Geometrie der Turbine (54) derart verstellt wird, dass der Wirkungsgrad des Abgasturboladers (46) reduziert wird.Process for exhaust aftertreatment claim 1 or 2 , characterized in that the turbine (54) of the exhaust gas turbocharger (46) is designed as a turbine (54) with variable turbine geometry, the variable geometry of the turbine (54) being adjusted in such a way that the efficiency of the exhaust gas turbocharger (46) is reduced. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (52) einen Turbinenbypass (56) aufweist, welcher an einer Verzweigung (60) stromaufwärts der Turbine (54) aus dem Abgaskanal (52) abzweigt und stromabwärts der Turbine (54) an einer Einmündung (62) wieder in den Abgaskanal (52) einmündet, wobei ein Bypassventil (58) im Turbinenbypass (56) geöffnet wird, wenn die Ist-Temperatur (Tist) der Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68, 70) unterhalb der Soll-Temperatur (Tsoll) liegt.Process for exhaust gas aftertreatment according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the exhaust gas duct (52) has a turbine bypass (56) which branches off at a junction (60) upstream of the turbine (54) from the exhaust gas duct (52) and downstream of the turbine (54) at a junction (62) again opens into the exhaust passage (52), wherein a bypass valve (58) opens in the turbine bypass (56) when the actual temperature (T ist) of the exhaust-gas treatment component (64, 66, 68, 70) below the setpoint temperature (T should ) lies. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 4, wobei ein Frischluftmassenstrom in dem Luftversorgungssystem (30) ermittelt wird und das Bypassventil (58) in Abhängigkeit des ermittelten Frischluftmassenstroms verstellt wird.Process for exhaust aftertreatment claim 4 , wherein a fresh air mass flow in the air supply system (30) is determined and the bypass valve (58) is adjusted depending on the determined fresh air mass flow. Verbrennungsmotor (10) mit mindestens einem Brennraum (12), wobei der Verbrennungsmotor (10) über seinem Einlass (20) mit einem Luftversorgungssystem (30) verbunden ist und mit seinem Auslass (22) mit einer Abgasanlage (50) verbunden ist, wobei an dem Brennraum (12) mindestens ein Auslassventil (18) angeordnet ist, mit welchem eine fluidische Verbindung vom Brennraum (12) zur Abgasanlage (50) geschlossen oder geöffnet werden kann, wobei in einem Abgaskanal (52) der Abgasanlage (50) stromabwärts des Auslasses (22) eine Turbine (54) eines Abgasturboladers (46) angeordnet ist, und wobei in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) durch den Abgaskanal (52) stromabwärts der Turbine (54) des Abgasturboladers (46) mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68, 70) angeordnet ist, sowie mit einer Abgasklappe (76), mit welcher der Abgaskanal (52) stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (64, 66, 68, 70) versperrt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) mit einem Motorsteuergerät (90) verbunden ist, welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird.Internal combustion engine (10) with at least one combustion chamber (12), wherein the internal combustion engine (10) is connected to an air supply system (30) via its inlet (20) and is connected to an exhaust system (50) by its outlet (22), wherein at at least one outlet valve (18) is arranged in the combustion chamber (12), with which a fluidic connection from the combustion chamber (12) to the exhaust system (50) can be closed or opened, in an exhaust gas duct (52) of the exhaust system (50) downstream of the outlet (22) a turbine (54) of an exhaust gas turbocharger (46) is arranged, and wherein at least one exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68, 70) is arranged in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine (10) through the exhaust gas duct (52) downstream of the turbine (54) of the exhaust gas turbocharger (46), and with an exhaust gas flap (76) with which the exhaust gas duct (52) can be blocked downstream of the exhaust gas aftertreatment component (64, 66, 68, 70), characterized in that the internal combustion engine (10) is connected to an engine control unit (90) which is set up to a method according to one of Claims 1 until 5 to be carried out when a machine-readable program code is executed by the control unit. Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) einen Verstellmechanismus (28) aufweist, mit welchem die Öffnungszeiten der Auslassventile (18) veränderbar sind.Internal combustion engine (10) after claim 6 , characterized in that the internal combustion engine (10) has an adjustment mechanism (28) with which the opening times of the exhaust valves (18) can be changed. Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus (28) eine Verstellwelle mit einem Steuernocken aufweist.Internal combustion engine (10) after claim 7 , characterized in that the adjusting mechanism (28) has an adjusting shaft with a control cam. Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (50) stromabwärts der Turbine (54) des Abgasturboladers (46) mindestens ein Katalysator (64, 66) mit einer Oxidationsstufe, ein Partikelfilter (68) und ein SCR-Katalysator (70, 74) angeordnet sind.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 6 until 8th , characterized in that in the exhaust system (50) downstream of the turbine (54) of the exhaust gas turbocharger (46) at least one catalytic converter (64, 66) with an oxidation stage, a particle filter (68) and an SCR catalytic converter (70, 74) are arranged are. Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (64, 66) mit einer Oxidationsstufe als NOx-Speicherkatalysator (66) ausgeführt ist.Internal combustion engine (10) after claim 9 , characterized in that the catalytic converter (64, 66) is designed with an oxidation stage as a NOx storage catalytic converter (66). Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Turbine (54) des Abgasturboladers (46) eine Verzweigung (72) vorgesehen ist, an welcher eine Abgasrückführungsleitung (86) einer Niederdruck-Abgasrückführung (80) aus dem Abgaskanal (52) abzweigt und den Abgaskanal (52) mit einem Ansaugkanal (38) des Luftversorgungssystems (30) stromaufwärts eines Verdichters (36) des Abgasturboladers (46) verbindet, wobei in der Abgasrückführungsleitung (86) ein Abgasrückführungsventil (84) vorgesehen ist.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 6 until 10 , characterized in that downstream of the turbine (54) of the exhaust gas turbocharger (46) there is a branch (72) at which an exhaust gas recirculation line (86) of a low-pressure exhaust gas recirculation system (80) branches off from the exhaust gas duct (52) and the exhaust gas duct (52 ) connects to an intake duct (38) of the air supply system (30) upstream of a compressor (36) of the exhaust gas turbocharger (46), an exhaust gas recirculation valve (84) being provided in the exhaust gas recirculation line (86). Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (50) ein Turbinenbypass (56) vorgesehen ist, welcher an einer Verzweigung (60) stromaufwärts der Turbine (54) aus dem Abgaskanal (52) abzweigt und an einer Einmündung (62) stromabwärts der Turbine (54) wieder in den Abgaskanal (52) einmündet, wobei in dem Turbinenbypass (56) ein schaltbares Bypassventil (58) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 6 until 11 , characterized in that in the exhaust system (50) a turbine bypass (56) is provided, which branches off at a branch (60) upstream of the turbine (54) from the exhaust gas duct (52) and at a junction (62) downstream of the turbine ( 54) again opens into the exhaust gas duct (52), a switchable bypass valve (58) being arranged in the turbine bypass (56).
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