DE102012021882B4

DE102012021882B4 - Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors, Steuereinrichtung und Kraftfahrzeug mit einer solchen

Info

Publication number: DE102012021882B4
Application number: DE102012021882.6A
Authority: DE
Inventors: Lars Schlüter; Stefan PAUKNER
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: DE102012021882A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors (14) zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs (10), dessen Abgas mindestens einen Partikelfilter (22) einer Abgasanlage (18) des Kraftfahrzeugs (10) durchströmt, umfassend die Schritte:
- Bestimmen einer Temperatur des mindestens einen Partikelfilters (22) und/oder des Abgases des Ottomotors (14);
- Ermitteln eines Beladungswerts des mindestens einen Partikelfilters (22);
- Überprüfen, ob eine Schubbedingung des Ottomotors (14) vorliegt, und wenigstens zeitweises Unterdrücken einer Kraftstoffabschaltung während des Vorliegens der Schubbedingung, wenn
- die Temperatur des mindestens einen Partikelfilters (22) und/oder des Abgases zumindest einer vorbestimmten Temperaturschwelle entspricht und/oder
- der Beladungswert des mindestens einen Partikelfilters (22) zumindest einer vorbestimmten Beladungsschwelle entspricht wobei das Verfahren, dadurch gekennzeichnet ist, dass der Ottomotor während des gefeuerten Schubbetriebs mit Lambda gleich 1 (λ = 1) betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, dessen Abgas mindestens einen Partikelfilter einer Abgasanlage des Kraftfahrzeugs durchströmt. Zudem betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung und ein Kraftfahrzeug mit der Steuereinrichtung.
Künftige Abgasgesetzgebungen stellen hohe Anforderungen an motorische Rohemissionen und an eine Abgasnachbehandlung von Ottomotoren. Mit der Einführung der Euro 6 (EU6) Abgasnorm wird ein Partikelanzahl-Grenzwert (PN-Grenzwert) vorgeschrieben. Die Einführung des PN-Grenzwertes mit der EU 6 Abgasnorm und eine folgende Einführung der RDE-Gesetzgebung (Real Driving Emissions) wird einen Einsatz eines Partikelfilters (Ottopartikelfilter OPF) wenigstens in einigen Fahrzeugmodellen erforderlich machen. Zurzeit werden diese Partikelfilter noch nicht in Abgasanlagen von Ottomotoren verbaut.
Im Fahrbetrieb kann sich der Partikelfilter mit Ottoruß (Rußpartikeln) beladen. Damit ein Abgasdruckniveau (stromauf des Partikelfilters) nicht zu weit ansteigt, wird der Partikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert. Zu diesem Zweck wird eine thermische Oxidation der Rußpartikel mit Sauerstoff durchgeführt, wofür ein ausreichendes Temperaturniveau bei einem gleichzeitigen Vorliegen von Sauerstoff (bzw. Restsauerstoff) im Abgas notwendig ist.
Lagen diese Regenerationsbedingungen längere Zeit nicht vor, so kann sich eine große Menge an Rußpartikeln im Filter befinden. Ab einer bestimmten Menge an Rußpartikeln, also ab einer hohen Beladung des Partikelfilters, kann eine vollständige Regeneration für den Partikelfilter aus thermischer Sicht kritisch sein.
Liegen bei einem Partikelfilter mit hoher Beladung die Regenerationsbedingungen mittels Oxidation der Rußpartikel vor, z. B. durch entsprechende Maßnahmen oder Umgebungsbedingungen, so wird in einer Phase des aktiven Umsatzes eine große Wärmemenge auf dem Partikelfilter frei. Ein damit einhergehender Temperaturanstieg eines Filtermaterials des Partikelfilters kann im Extremfall dazu führen, dass der Partikelfilter beschädigt oder im schlimmsten Fall vollständig zerstört wird.
Die Temperatur des Partikelfilters ergibt sich aus der Temperatur und dem Massenstrom eines in den Partikelfilter eintretenden Abgases, einer freiwerdenden Wärmemenge durch Oxidation auf dem Partikelfilter und einer Wärmeübertragung (bzw. einem Wärmeübergang) an eine Umgebung des Partikelfilters. Die Wärmeübertragung an die Umgebung hat einen geringen Anteil und lässt sich (praktisch) nicht beeinflussen. Der Massenstrom und die Temperatur des eintretenden Abgases hängen maßgeblich vom Betriebspunkt des Motors ab und lassen sich auch nur geringfügig beeinflussen. Den größten Einfluss auf die Temperatur hat die Oxidation des eingelagerten Rußes (bzw. der Rußpartikel), also der Umsatz des Rußes und insbesondere eine Umsatzrate des Rußes.
Die Umsatzrate hängt von der Temperatur und einem Sauerstoffanteil (Sauerstoffkonzentration) im Abgas ab. Der schlimmste denkbare Betriebszustand stellt sich so dar, dass kurz nach Beginn einer aktiven Regeneration eine Schubabschaltung erfolgt. Dadurch wird der Abgasmassenstrom stark reduziert und gleichzeitig steigt die Sauerstoffkonzentration im Abgas. Dies führt dazu, dass die Umsatzrate im Partikelfilter steigt und gleichzeitig weniger Wärme aus dem Partikelfilter über den Abgasmassenstrom abtransportiert werden kann.
Gemeinhin kann zwischen einer aktiven und einer passiven Regeneration unterschieden werden. Die passive Regeneration wird durch einen Betriebspunkt des Ottomotors ausgelöst. Dahingegen wird eine aktive Regeneration durch einen bewusst herbeigeführten Wärmeeintrag, zusätzlich zu einem betriebspunktbedingten Wärmeeintrag gezielt herbeigeführt.
Die DE 10 2010 039 013 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung und Regelung einer Regeneration eines Partikelfilters zur Abgasnachbehandlung von z. B. Ottomotoren. Dabei wird auf einen Lambdawert gleich 1 des Abgases hinter einem Drei-Wege-Katalysator geregelt. Mittels jeweils einer stromab und stromauf des Partikelfilters angeordneten Lambdasonde wird ein Sauerstoffverbrauch während der Regeneration bilanziert. Um eine Exothermie durch den Rußabbrand zum Bauteilschutz zu begrenzen, wird vorgeschlagen, die Exothermie durch die Sauerstoffbilanzierung zu bestimmen und bei einem Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes für die Exothermie den Regenerationsprozess zu verlangsamen oder zu stoppen. Die Exothermie wird mittels eines Lambdawertes kleiner 1 verlangsamt oder beendet. So wird während einer aktiven Regeneration eine Schubabschaltung verhindert.
In der WO 2009 / 038 221 A1 wird beschrieben, wie man durch abwechselnde Einspritzung von Kraftstoff während des Schubbetriebs einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors, und Verstellung der Einspritzmenge auf ein leicht mageres Gemisch, einen Partikelfilter vor dem Überhitzen schützen und mit regenerieren kann.
Bei der Vorhersage des Temperaturverlaufs einer Partikelfilterregeneration zum Bauteilschutz, ist die Beladungsmenge des Partikelfilters mit einzubeziehen, wie in der EP 1 517 026 A2 offenbart ist.
Ein weiterer kritischer Zustand kann eintreten, wenn nach einem Betrieb bei hohen Abgastemperaturen (ohne einer bereits ablaufenden Regeneration) ein Schubbetrieb mit Schubabschaltung eintritt, da dadurch eine passive Regeneration ausgelöst werden kann.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, in Folge einer passiven Regeneration eine Überhitzung eines Partikelfilters einer Abgasanlage für einen Ottomotor mittels eines Verfahrens zum Betreiben des Ottomotors auszuschließen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, dessen Abgas mindestens einen Partikelfilter einer Abgasanlage des Kraftfahrzeugs durchströmt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bestimmens einer Temperatur des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgases des Ottomotors. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermittelns eines Beladungswerts des mindestens einen Partikelfilters. Zudem umfasst das Verfahren einen Schritt des Überprüfens, ob eine Schubbedingung des Ottomotors vorliegt, und des wenigstens zeitweisen Unterdrückens einer Kraftstoffabschaltung während des Vorliegens der Schubbedingung. Die Kraftstoffabschaltung wird unterdrückt, wenn die Temperatur des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgases zumindest einer vorbestimmten Temperaturschwelle entspricht (also die Temperatur des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgases größer als oder gleich einer vorbestimmten Temperaturschwelle ist) und/oder der Beladungswert des mindestens einen Partikelfilters zumindest einer vorbestimmten Beladungsschwelle entspricht (also der Beladungswert des mindestens einen Partikelfilters größer als oder gleich einer vorbestimmten Beladungsschwelle ist). Der Ottomotor wird während des gefeuerten Schubbetriebs mit Lambda gleich 1 (λ = 1) betrieben, wodurch eine effektive Abgasnachbehandlung gewährleistet ist. Das Unterdrücken der Kraftstoffabschaltung bewirkt einen gefeuerten Schubbetrieb.
Typischerweise ist der Ottomotor ein auf Lambda gleich 1 (λ = 1) geregelter Ottomotor. In der Realität schwankt ein realer Lambdawert um die Zahl 1. Dies erfolgt innerhalb eines sogenannten Lambda-Fensters von typischerweise 0,97 bis 1,03. Das Abgas derartiger Ottomotoren ist mittels eines Drei-Wege-Katalysators sehr gut nachbehandelbar, jedoch weist es für eine effektive Oxidation, also für einen effektiven Abbrand von Rußpartikeln ohne weitere Maßnahmen, einen zu geringen Sauerstoffanteil (Sauerstoffkonzentration) auf. Bei einem Kaltstart ist jedoch auch kurzzeitig mit einem Lambdawert geringer als 1 zu rechnen. In Schubphasen hingegen wird typischerweise auch bei λ = 1 geregelten Ottomotoren eine Kraftstoffzufuhr unterbrochen, wodurch der Lambdawert gegen unendlich geht.
Das Unterdrücken der Kraftstoffabschaltung bewirkt eine Reduktion oder ein Verhindern eines Sauerstoffanteiles und/oder eines Sauerstoffmassenstroms des Abgases. Somit ermöglicht das Verfahren einen sicheren Abbrand von Rußpartikeln bei hohen Temperaturen und hohem Sauerstoffgehalt oder verhindert einen Abbrand.
Dies wird ermöglicht durch ein Verhindern und/oder Einschränken einer passiven Regeneration. Eine Regeneration kann aber z. B. am Anfang einer Schubphase, vor dem Unterdrücken der Kraftstoffabschaltung erfolgen.
Das Unterdrücken der Kraftstoffabschaltung erfolgt, wenn die Temperatur des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgases zumindest einer vorbestimmten Temperaturschwelle entspricht und/oder der Beladungswert des mindestens einen Partikelfilters zumindest einer vorbestimmten Beladungsschwelle entspricht, also wenn für den Partikelfilter kritische Bedingungen vorliegen oder zu erwarten sind.
Nach dem Unterdrücken der Kraftstoffabschaltung, also nach einer Phase der Abkühlung des Partikelfilters, das heißt, wenn die Temperatur des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgases unter die vorbestimmte Temperaturschwelle gesunken ist, ist eine erneute Regeneration möglich.
Bei der genannten Regeneration, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist, erfolgen somit auch keine aktiven Heizmaßnahmen. Vielmehr wird eine für die Regeneration erforderliche Mindesttemperatur durch einen typischerweise von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bestimmten Betriebszustand des Ottomotors bewirkt.
Die Temperatur des Abgases (bzw. des Abgasstroms) ist typischerweise eine Temperatur des Abgases vor dem Partikelfilter, insbesondere im Wesentlichen am Eingang des Partikelfilters, also im Wesentlichen beim Eintritt in den Partikelfilter.
Bevorzugt entspricht die vorbestimmte Temperaturschwelle im Wesentlichen einer Mindesttemperatur, bei der eine Oxidation von Rußpartikeln in Gegenwart von Sauerstoff erfolgt. Somit kann eine Regeneration vollständig unterbunden werden.
Vorzugsweise entspricht die vorbestimmte Temperaturschwelle höchstens einer maximal zulässigen Bauteiltemperatur des mindestens einen Partikelfilters und ist größer als die um 200 °C verringerte, maximal zulässige Bauteiltemperatur. Mit anderen Worten ist die vorbestimmte Temperaturschwelle kleiner als oder gleich einer maximal zulässigen Bauteiltemperatur des mindestens einen Partikelfilters und größer als die um 200 °C verringerte, maximal zulässige Bauteiltemperatur. Bevorzugt entspricht die vorbestimmte Temperaturschwelle höchstens der um 25 °C verringerten, maximal zulässigen Bauteiltemperatur des mindestens einen Partikelfilters und ist größer als die um 150 °C verringerte, maximal zulässige Bauteiltemperatur. Insbesondere entspricht die vorbestimmte Temperaturschwelle höchstens der um 50°C verringerten, maximal zulässigen Bauteiltemperatur des mindestens einen Partikelfilters und ist größer als die um 100 °C verringerte Bauteiltemperatur. Bei größeren Temperaturschwellen kann der Partikelfilter eher, oder weiter regeneriert werden, da das Unterdrücken der Kraftstoffabschaltung erst bei höheren Temperaturen des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgases einsetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Beladungsschwelle mindestens 60 %, bevorzugt mindestens 70 %, insbesondere mindestens 80 % eines maximal zulässigen Beladungswerts des mindestens einen Partikelfilters. Bei höheren Beladungsschwellen kann auch bei stark beladenen Partikelfiltern eine Regeneration (bis zum Erreichen der Temperaturschwelle) durchgeführt werden.
Vorzugsweise steigt die Temperaturschwelle mit sinkenden Beladungswerten des mindestens einen Partikelfilters (und sinkt mit steigenden Beladungswerten des mindestens einen Partikelfilters) und/oder die Beladungsschwelle steigt mit sinkenden Temperaturen des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgases (und sinkt mit steigenden Temperaturen des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgases).
Somit ergibt sich bei relativ geringen Beladungen eine höhere Temperaturschwelle als bei relativ hohen Beladungen und umgekehrt. Bei relativ geringen Temperaturen kann sich außerdem eine höhere Beladungsschwelle als bei relativ hohen Temperaturen (und umgekehrt) ergeben. Somit kann eine optimale Adaption der beiden Schwellen auf eine vorliegende Beladung des Partikelfilters und/oder Temperatur des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgases erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Bestimmen der Temperatur des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgases des Ottomotors mittels eines Modells. Prinzipiell kann zur Bestimmung dieser Temperaturen auch ein Temperatursensor verwendet werden. Durch das Bestimmen der Temperatur des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgasstroms mittels eines Modells kann dieser Temperatursensor jedoch eingespart werden. Das Modell (Rechenmodell) ist typischerweise in einer Steuereinrichtung des Ottomotors hinterlegt.
Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln des Beladungswerts des mindestens einen Partikelfilters durch Messen eines Abgasdrucks stromauf des mindestens einen Partikelfilters oder durch Messen des Differenzdrucks stromauf und stromab des mindestens einen Partikelfilters oder durch Modellierung. Durch die Beladung des Partikelfilters steigt ein Abgasgegendruck des Partikelfilters. Die Beladung bzw. der entsprechende Beladungswert kann durch diese Kenntnis mit einer geeigneten Sensorik zum Messen von Drücken ermittelt werden. Ferner kann die Beladung durch Modellierung also durch ein Modell (Rechenmodell) ermittelt werden, welches typischerweise in einer Steuereinrichtung des Ottomotors hinterlegt ist.
Vorzugsweise umfasst die Schubbedingung eine teilweise oder vollständige Rücknahme einer Lastanforderung an den Ottomotor. Üblicherweise ist die Schubbedingung in Folge einer durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs angeforderten Verzögerung des Kraftfahrzeugs gegeben. Der Fahrer geht dazu insbesondere vollständig vom Gaspedal. Typischerweise ist dabei eine momentane Drehzahl des Ottomotors größer als eine Leerlaufdrehzahl des Ottomotors.
Des Weiteren wird eine Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt. Die Steuereinrichtung ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Typischerweise ist die Steuereinrichtung ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät. Die Steuereinrichtung umfasst üblicherweise eine Verarbeitungseinheit und eine Speichereinheit.
Ferner wird ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Das Kraftfahrzeug umfasst die erfindungsgemäße Steuereinrichtung, einen Ottomotor und eine Abgasanlage mit mindestens einem Partikelfilter. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich insbesondere durch eine äußerst geringe Rußpartikelemission aus.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Partikelfilter ein Wandstromfilter (Wallflow-Filter). Der mindestens eine Partikelfilter kann unbeschichtet, mit einem sogenannten Washcoat ohne Edelmetall oder mit einer Drei-Wege-Beschichtung ausgeführt sein. Zudem kann der Partikelfilter mit einem oder mehreren weiteren Abgasnachbehandlungskomponenten kombiniert werden.
Bevorzugt umfasst die Abgasanlage ferner einen, stromauf oder stromab des mindestens einen Partikelfilters angeordneten Katalysator (als weitere Abgasnachbehandlungskomponente). Insbesondere ist der Katalysator ein Drei-Wege-Katalysator. Durch den Drei-Wege-Katalysator kann auf gewohnt effektive Art und Weise eine Abgasnachbehandlung eines Lambda gleich 1 (λ = 1) geregelten Ottomotors durchgeführt werden.
Insbesondere ist der Drei-Wege-Katalysator motornah stromab des Ottomotors angeordnet. Daraus resultiert eine kurze Anspringzeit des Drei-Wege-Katalysators nach einem Kaltstart.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 einen Teil eines Kraftfahrzeugs,
2 einen Betrieb des Ottomotors mit Schubabschaltung (Stand der Technik), und
3 einen Betrieb des Ottomotors mit unterdrückter Schubabschaltung.

1 zeigt schematisch einen Teil eines Kraftfahrzeugs 10, welches eine Steuereinrichtung 12 typischerweise ein Steuergerät 12 (Motorsteuergerät) zur Steuerung eines Ottomotors umfasst. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ferner einen Ottomotor 14, eine Drosseleinrichtung 16 (z. B. eine Drosselklappe), eine Abgasanlage 18 und einen Gaspedalsensor 20. Die Abgasanlage 18 umfasst einen Partikelfilter 22 (Ottopartikelfilter, kurz OPF). Ferner kann die Abgasanlage 18 einen Katalysator 24 (Vorkatalysator) umfassen, welcher typischerweise ein Drei-Wege-Katalysator 24 ist und stromauf (siehe 1) oder alternativ auch stromab des mindestens einen Partikelfilters 22 angeordnet sein kann. Zudem kann die Abgasanlage 18 eine erste Lambda-Sonde 28 zwischen dem Ottomotor 14 und dem Drei-Wege-Katalysator 24 und eine zweite Lambda-Sonde 26 zwischen dem Partikelfilter 22 und dem Drei-Wege-Katalysator 24 umfassen. Ferner kann in der Abgasanlage 18 typischerweise stromauf des Drei-Wege-Katalysators 24 eine Turbine eines Turboladers (nicht dargestellt) angeordnet sein.
Der Ottomotor 14 umfasst eine Einspritzeinrichtung 30, eine Zündeinrichtung 32 und normalerweise mehrere Zylinder 34. Zumindest der Gaspedalsensor 20, die Drosseleinrichtung 16, die Einspritzeinrichtung 30, die Zündeinrichtung 32, die zweite Lambdasonde 26 und die erste Lambdasonde 28 sind auf geeignete und bekannte Weise mit der Steuereinrichtung 12 verbunden.
Während des Betriebs des Kraftfahrzeugs 10 regelt oder steuert das Steuergerät 12 eine Kraftstoffzufuhr zu dem Ottomotor 14 und eine Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs innerhalb der Zylinder 34. Zudem regelt oder steuert das Steuergerät 12 eine Öffnung der Drosseleinrichtung 16 in Abhängigkeit eines Signals des Gaspedalsensors 20.
Der Ottomotor 14 kann ein auf Lambda gleich 1 (λ = 1) geregelter Ottomotor sein, wobei in der Realität der tatsächliche Lambdawert minimal um 1 schwankt. Dadurch wird der Ottomotor 14 während eines Großteils seiner Betriebszeit mit stöchiometrischen Verbrennungsbedingungen betrieben. Für die optimale Einhaltung dieser Regelvorgabe wertet das Steuergerät 12 ein Signal der ersten Lambdasonde 28 aus und bemisst die Kraftstoffzufuhr entsprechend. Durch den λ = 1 Betrieb des Ottomotors 14 kann im Drei-Wege Katalysator 24 eine optimale Abgasnachbehandlung von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden erfolgen.
Größtenteils wird während eines Kaltstarts der mindestens eine Partikelfilter 22 mit Rußpartikeln beladen. Um die angesammelten Rußpartikel aus dem Partikelfilter 22 zu entfernen, werden diese abgebrannt (der Partikelfilter wird regeneriert). Um einen Abbrand zu ermöglichen, muss eine ausreichende Temperatur des mindestens einen Partikelfilters und/oder des Abgases (Abgastemperatur) sowie ein ausreichend hoher Sauerstoffanteil O₂ (Sauerstoffkonzentration) des Abgases, welches in den Partikelfilter 22 strömt, sichergestellt werden. Die Temperatur des Abgases (bzw. des Abgasstroms) ist dabei typischerweise die Temperatur des Abgases vor dem Partikelfilter 22.
Eine Regeneration des mit Rußpartikeln beladenen Partikelfilters 22, also eine Oxidation der Rußpartikel, erfolgt gemäß dem Stand der Technik oftmals auf aktivem Wege, also durch eine aktive Erwärmung des Partikelfilters 22. Demgegenüber wird eine Regeneration des Partikelfilters 22 durch eine passive Regeneration vorgeschlagen.
Eine solche passive Regeneration kann z. B. bei einer Autobahnfahrt, also bei einer hohen Last des Ottomotors 14, eintreten. Durch die hohe Last steigt die Temperatur des Abgases z. B. auf ca. 800 °C. Bei Eintritt einer Schubphase mit Kraftstoffabschaltung (also mit Schubabschaltung) steigt der Sauerstoffanteil O₂ im Abgas bzw. wird dadurch erst ein nennenswerter Sauerstoffmassenstrom ermöglicht.
Eine solche Situation ist in 2 ersichtlich. Dabei ist die Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg des Kraftfahrzeugs 10 in km/h (Kilometer pro Stunde) über der Zeit t in s (Sekunden) aufgetragen. Während den Schubphasen (in 2 durch eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg ersichtlich) wird eine Kraftstoffabschaltung durchgeführt, wodurch ein Lambdawert λ vor dem Partikelfilter 22 (also stromauf des Partikelfilters 22) von ursprünglich λ = 1 auf einen Wert λ > 1,2 (gegen unendlich) steigt. Dieser Lambdawert wird mit der zweiten Lambdasonde 26 gemessen. Im Wesentlichen um die Durchlaufzeit des Abgases durch den Partikelfilter 22 versetzt, steigt auch der Sauerstoffanteil O₂ des Abgases in Vol.-% (Volumenprozent) nach dem Partikelfilter 22 (stromab des Partikelfilters 22) von im Wesentlichen O₂ = 0 % auf O₂ > 8 %. Wenn die Temperatur des mindestens einen Partikelfilters 22 und/oder des Abgases des Ottomotors 14 zumindest einer für die Regeneration erforderlichen Mindesttemperatur entspricht (also größer als oder gleich einer für die Regeneration erforderlichen Mindesttemperatur ist), wird wenigstens ein Teil des Sauerstoffs bei der Oxidation der Rußpartikel umgesetzt. Dadurch ist der Sauerstoffanteil O₂ nach dem Partikelfilter 22 niedriger als der Sauerstoffanteil O₂ vor dem Partikelfilter 22. Dies ist zu erwarten, da die Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg vor Eintritt in die Schubphasen teilweise ca. 120 km/h beträgt.
Durch den hohen Sauerstoffanteil O₂ steigt eine Umsatzrate im Partikelfilter 22 auf einen sehr hohen Wert, wobei durch den in der Schubphase nur geringen Massenstrom auch nur wenig Wärme aus dem Partikelfilter 22 abtransportiert werden kann. Dadurch kann, bei zu lange anhaltenden Schubphasen, eine Schädigung des Partikelfilters 22 eintreten (es sind Temperaturen des Partikelfilters über 1000 °C zu erwarten).
Um eine Schädigung des Partikelfilters 22 zu verhindern, kann das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wie folgt durchgeführt werden:
Wenn eine Schubbedingung vorliegt und die Temperatur des Partikelfilters 22 und/oder des Abgases zumindest einer vorbestimmten Temperaturschwelle und/oder ein Beladungswert (eine Rußmenge) des Partikelfilters 22 zumindest einer vorbestimmten Beladungsschwelle entspricht, wird das Unterdrücken der Kraftstoffabschaltung durch das Steuergerät 12 eingeleitet und in Folge durchgeführt. Die Schubbedingung wird durch das Steuergerät 12 typischerweise anhand eines Signals des Gaspedalsensors 20 erkannt. Die Temperatur des Partikelfilters 22 und/oder des Abgases und auch der Beladungswert können dabei mittels eines Modells ermittelt werden.
Die vorbestimmte Temperaturschwelle kann z. B. in einem Bereich liegen, welcher sich zwischen einer um 200 °C verringerten, maximal zulässigen Bauteiltemperatur des Partikelfilters 22 bis zu der maximal zulässigen Bauteiltemperatur erstreckt, um eine Überhitzung des Partikelfilters 22 zu verhindern. So kann zur Schaffung einer Sicherheitsreserve die Temperaturschwelle z. B. 75 °C unterhalb der maximal zulässigen Bauteiltemperatur liegen. Um kritische Umsatzraten zu verhindern, kann die Beladungsschwelle z. B. bei 70 % eines maximal zulässigen Beladungswerts des Partikelfilters 22 gewählt werden.
Demnach kann eine Kraftstoffabschaltung, welche während der Schubphase ansonsten erfolgen würde, unterdrückt werden. Somit wird der Ottomotor 14 während der Schubphase gefeuert betrieben (gefeuerter Schub). Dadurch wird der Sauerstoffanteil O₂ (Restsauerstoffanteil) im Abgas schlagartig auf null gefahren. Somit ist der für die Oxidation der Rußpartikel notwendige Sauerstoff aus dem Abgas entfernt und der Umsatz der Rußpartikel und eine damit verbundene weitere Wärmefreisetzung sofort gestoppt. Bis zum Unterdrücken der Kraftstoffabschaltung oder auch nach einer zur Abkühlung des Partikelfilters 22 und/oder des Abgases ausreichenden Zeitspanne des gefeuerten Schubs kann in einer zeitlich begrenzten Schubphase trotzdem ein nennenswerter Umsatz stattfinden, so dass auch ein vollbeladener Partikelfilter 22 in mehreren Schritten regeneriert werden kann.
3 zeigt wiederum den Lambdawert λ vor dem Partikelfilter 22 und den Sauerstoffanteil O₂ des Abgases nach dem Partikelfilter 22 während einer unterdrückten Schubabschaltung. Erfindungsgemäß wird der Ottomotor 14 nun jedoch auch während den Schubphasen gefeuert betrieben. Im gezeigten Beispiel wird eine Kraftstoffabschaltung vollständig unterdrückt. Mittels der ersten Lambda-Sonde 28 regelt dabei das Steuergerät 14 das den Zylindern 34 zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch derart, dass sich ein Lambdawert (Abgas-Lambda) stromauf des Drei-Wege-Katalysators 24 von λ = 1 ergibt, wodurch auch während den Schubphasen eine Schadstoffkonvertierung mittels des Drei-Wege-Katalysators 24 optimal erfolgen kann und eine Regeneration des Partikelfilters 22 verhindert wird. Der Sauerstoffanteil O₂ des Abgases nach dem Partikelfilter 22 bleibt durch das Unterdrücken der Kraftstoffabschaltung durchgehend auf annähernd 0 %. Die in 3 ersichtlichen Schubphasen können mit den in 2 ersichtlichen Schubphasen nacheinander, also auch abwechselnd erfolgen.
Generell ist es auch denkbar, den Partikelfilter 22 mit einer katalytischen Beschichtung, insbesondere einer Drei-Wege-Beschichtung zu versehen.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass ein motorisches Verfahren zur Verfügung gestellt wird, um einen, in einer Abgasanlage 18 eines Ottomotors 14 verbauten Partikelfilter 22 bei ungünstigen Betriebsbedingungen während einer bereits aktiven thermischen Regeneration (passiv ausgelöst) oder durch Verhinderung einer solchen Regeneration vor Beschädigungen oder einer Zerstörung zu schützen. Dadurch wird auch ein Verfahren zum sicheren Abbrand von Kohlenstoff bei hohen Temperaturen und hohem Sauerstoffgehalt verwirklicht. Dies erfolgt mittels des Unterdrückens der Kraftstoffabschaltung und den weiteren, oben erörterten Schritten.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: Steuereinrichtung /Steuergerät
14: Ottomotor
16: Drosseleinrichtung
18: Abgasanlage
20: Gaspedalsensor
22: Partikelfilter
24: Katalysator / Drei-Wege-Katalysator
26: zweite Lambdasonde
28: erste Lambdasonde
30: Einspritzeinrichtung
32: Zündeinrichtung
34: Zylinder
O₂: Sauerstoffanteil im Abgas
v_Fzg: Fahrzeuggeschwindigkeit
t: Zeit
λ: Lambdawert

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors (14) zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs (10), dessen Abgas mindestens einen Partikelfilter (22) einer Abgasanlage (18) des Kraftfahrzeugs (10) durchströmt, umfassend die Schritte: - Bestimmen einer Temperatur des mindestens einen Partikelfilters (22) und/oder des Abgases des Ottomotors (14); - Ermitteln eines Beladungswerts des mindestens einen Partikelfilters (22); - Überprüfen, ob eine Schubbedingung des Ottomotors (14) vorliegt, und wenigstens zeitweises Unterdrücken einer Kraftstoffabschaltung während des Vorliegens der Schubbedingung, wenn - die Temperatur des mindestens einen Partikelfilters (22) und/oder des Abgases zumindest einer vorbestimmten Temperaturschwelle entspricht und/oder - der Beladungswert des mindestens einen Partikelfilters (22) zumindest einer vorbestimmten Beladungsschwelle entspricht wobei das Verfahren, dadurch gekennzeichnet ist, dass der Ottomotor während des gefeuerten Schubbetriebs mit Lambda gleich 1 (λ = 1) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Temperaturschwelle höchstens einer maximal zulässige Bauteiltemperatur des mindestens einen Partikelfilters (22) entspricht und größer als die um 200 °C verringerte, maximal zulässige Bauteiltemperatur ist, bevorzugt die vorbestimmte Temperaturschwelle höchstens der um 25 °C verringerten, maximal zulässigen Bauteiltemperatur des mindestens einen Partikelfilters (22) entspricht und größer als die um 150 °C verringerte, maximal zulässige Bauteiltemperatur ist insbesondere die vorbestimmte Temperaturschwelle höchstens der um 50 °C verringerten, maximal zulässigen Bauteiltemperatur des mindestens einen Partikelfilters (22) entspricht und größer als die um 100 °C verringerte Bauteiltemperatur ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beladungsschwelle mindestens 60 %, bevorzugt mindestens 70 %, insbesondere mindestens 80 % eines maximal zulässigen Beladungswerts des mindestens einen Partikelfilters (22) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperaturschwelle mit sinkenden Beladungswerten des mindestens einen Partikelfilters (22) steigt und/oder die Beladungsschwelle mit sinkenden Temperaturen des mindestens einen Partikelfilters (22) und/oder des Abgases steigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Temperatur des mindestens einen Partikelfilters (22) und/oder des Abgases des Ottomotors (14) mittels eines Modells erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schubbedingung eine teilweise oder vollständige Rücknahme einer Lastanforderung an den Ottomotor (14) umfasst.
Steuereinrichtung (12), eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug (10), umfassend die Steuereinrichtung (12) nach Anspruch 7, einen Ottomotor (14) und eine Abgasanlage (18) mit mindestens einem Partikelfilter (22).
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Abgasanlage (18) ferner einen stromauf oder stromab des mindestens einen Partikelfilters (22) angeordneten Katalysator (24) umfasst.