DE102013220899A1

DE102013220899A1 - Regeneration eines Partikelfilters einer Abgasnachbehandlungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Lambda-Regelung

Info

Publication number: DE102013220899A1
Application number: DE201310220899
Authority: DE
Inventors: Hong Zhang
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage (140) beschrieben, welche einen Partikelfilter (142) aufweist, der in einem Abgastrakt (130) einer eine Lambda-Regelung aufweisenden Brennkraftmaschine (100) angeordnet ist. Das Verfahren weist auf (a) Erhöhen der Temperatur eines Abgases (180) der Brennkraftmaschine (100), so dass die Temperatur des Partikelfilters (142) ansteigt, (b) Messen der Temperatur (T) des Partikelfilters (142), (c) wenn die gemessene Temperatur (T) des Partikelfilters (142) eine vorbestimmte Abbrenn-Temperatur überschritten hat, Ändern eines Lambda-Wertes der Lambda-Regelung, so dass der Brennkraftmaschine (100) ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, (d) Reduzieren der Temperatur des Abgases (180) in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur (T) des Partikelfilters (142), so dass die Temperatur (T) des Partikelfilters (142) innerhalb eines vorbestimmten Abbrenn-Temperaturbereiches über der vorbestimmten Abbrenn-Temperatur bleibt, in welchem ein Abbrennen von in dem Partikelfilter (142) befindliche Partikel stattfindet, (e) Erfassen eines Beladungszustandes des Partikelfilters (142), und (f) wenn der Beladungszustand des Partikelfilters (142) eine Beladungsschwelle unterschritten hat, erneutes Ändern des Lambda-Wertes der Lambda-Regelung, so dass die Brennkraftmaschine (100) zumindest annähernd mit einem Wert Lambda gleich Eins betrieben wird. Es wird ferner eine Anordnung, eine Brennkraftmaschine (100) sowie ein Computerprogramm zum Durchführen dieses Verfahrens beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine mittels eines Partikelfilters und konkreter das technische Gebiet der Regeneration von solchen Partikelfiltern. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage, welche einen Partikelfilter aufweist, der in einem Abgastrakt einer eine Lambda-Regelung aufweisenden Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anordnung, eine Brennkraftmaschine sowie ein Computerprogramm zum Durchführen dieses Verfahrens.
Die Anforderungen an moderne Verbrennungsmotoren bzw. Brennkraftmaschinen sowohl im Hinblick auf gesetzliche Rahmenbedingungen bezüglich zulässiger Abgasemissionswerte als auch im Hinblick auf gestiegene Erwartungen der Endverbraucher an Fahrkomfort, Laufruhe und niedrigen Verbrauch, steigen kontinuierlich. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist zum einen eine genaue Steuerung der Kraftstoffverbrennung und zum anderen eine geeignete Abgasnachbehandlung notwendig.
Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, Antriebsvorrichtungen sowie Verfahren zum Betreiben derartiger Abgasnachbehandlungsvorrichtungen von Antriebsvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere bei Dieselmotoren werden Partikelfilter bereits seit langer Zeit erfolgreich zur Nachbehandlung des Abgases eingesetzt. Diese Partikelfilter scheiden die im Abgas befindlichen Feststoffpartikel ab und halten sie in einem Filtersubstrat zurück. Die im Filter eingelagerte Masse an Ruß führt allerdings zu einem stetigen Zusetzen des Partikelfilters beziehungsweise des Filtersubstrats und somit zu einer Erhöhung des Abgasgegendrucks. Ein hoher Abgasgegendruck wirkt sich jedoch negativ auf die Motorleistung und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine aus. Aus diesem Grund können Partikelfilter nur dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn sie im Betrieb regeneriert werden können. Hierzu muss die eingespeicherte Masse an Ruß von Zeit zu Zeit ausgetragen werden. Die Regeneration erfolgt dabei typischerweise mittels einer oxidativen Rußverbrennung, die noch im Abgastrakt stattfindet und als exotherme Reaktion selbstständig abläuft. Die Rußverbrennung beginnt, sobald sie angesprungen ist, und die Rußverbrennung hält an, bis die Rußablagerung im Partikelfilter vollständig verbrannt ist.
Gemäß der Stufe 6 der europäischen Abgasnorm (Euro-6) sind zukünftig auch für Ottomotoren mit Direkteinspritzung strenge Grenzwerte hinsichtlich der Emission von Partikeln einzuhalten.
Üblicherweise wird bei Ottomotoren eine Regeneration eines Ruß-Partikelfilters während einer Schubabschaltungsphase durchgeführt. Wenn allerdings der Ottomotor häufig bei niedriger Drehzahl und geringer Last gefahren wird, kann eine derartige Regeneration nicht oder nur mit einer sehr geringen Effizienz durchgeführt werden. Dadurch kann die Beladung des Ruß-Partikelfilters unzulässig hoch werden, was wiederum zur Folge hat, dass der Abgasgegendruck im Abgastrakt hoch wird. Dies führt im Ergebnis u.a. zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch.
Aus der DE 10 2008 000 607 A1 ist ein Verfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage, insbesondere eines Partikelfilters eines in einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors, mittels Regenerationszyklen bekannt, welche mittels einer Steuereinrichtung gesteuert werden. Dabei werden während der Durchführung von Regenerationsvorgängen fahrerunabhängige, von der Steuereinrichtung initiierte Bremseingriffe bei gleichzeitiger Erhöhung der Motorlast des Verbrennungsmotors derart vorgenommen, dass keine Änderung der Fahrdynamik des Fahrzeugs und insbesondere keine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Fahrzeugbeschleunigung auftritt.
Aus der DE 10 2010 044 102 A1 ist eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche einen Abgasstrang aufweist, der mit einer Auslassseite der Brennkraftmaschine verbindbar ist. Im Abgasstrang ist in stromabwärtiger Richtung wenigstens ein Katalysator angeordnet, welchem ein Partikelfilter nachgeschaltet ist. Ferner ist im Abgasstrang stromauf des Partikelfilters eine Sekundärlufteinlassöffnung zum Einleiten von Sekundärluft über wenigstens ein Flatterventil vorgesehen, wobei die Sekundärluft verdichtete Luft ist.
Aus der DE 10 2009 046 559 A1 ist eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors, mit mindestens einem in einem der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Abgastrakt angeordneten Partikelfilter bekannt. Stromaufwärts des Partikelfilters mündet ein zum Regenerieren des Partikelfilters freigebbarer Frischluftkanal in den Abgastrakt. Zum Regenerieren des Partikelfilters wird der Frischluftkanal freigegeben, sodass Frischluft dem Abgas stromaufwärts des Partikelfilters beigemengt wird, um in dem Partikelfilter zusammen mit dem Abgas zu einem oxidativen Abbrand von Ruß zu reagieren. Die für den oxidativen Rußabbrand notwendige Abgastemperatur liefert das Abgas der Brennkraftmaschine, welches bereits eine ausreichend hohe Temperatur aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regeneration eines Partikelfilters einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der Anordnung, der Brennkraftmaschine sowie dem Computerprogramm, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung dieser Erfindung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage beschrieben, welche einen Partikelfilter aufweist, der in einem Abgastrakt einer eine Lambda-Regelung aufweisenden Brennkraftmaschine angeordnet ist. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Erhöhen der Temperatur eines Abgases der Brennkraftmaschine, so dass die Temperatur des Partikelfilters ansteigt, (b) ein Messen der Temperatur des Partikelfilters, (c) wenn die gemessene Temperatur des Partikelfilters eine vorbestimmte Abbrenn-Temperatur überschritten hat, ein Ändern eines Lambda-Wertes der Lambda-Regelung, so dass der Brennkraftmaschine ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, (d) Reduzieren der Temperatur des Abgases in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur des Partikelfilters, so dass die Temperatur des Partikelfilters innerhalb eines vorbestimmten Abbrenn-Temperaturbereiches über der vorbestimmten Abbrenn-Temperatur bleibt, in welchem ein Abbrennen von in dem Partikelfilter befindliche Partikel stattfindet, (e) ein Erfassen eines Beladungszustandes des Partikelfilters, und (f) wenn der Beladungszustand des Partikelfilters eine Beladungsschwelle unterschritten hat, ein erneutes Ändern des Lambda-Wertes der Lambda-Regelung, so dass die Brennkraftmaschine zumindest annähernd mit einem Wert Lambda gleich Eins betrieben wird.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine aktive und kontrollierte Partikelfilter-Regeneration bei vergleichsweise moderaten Temperaturen dann durchgeführt werden kann, wenn während der Regeneration des Partikelfilters die Brennkraftmaschine mit einem mageren Gemisch aus Kraftstoff und Luft betrieben wird. Dieses Betreiben mit dem mageren Gemisch wird erfindungsgemäß von der Lambda-Regelung bewirkt, welche die Zuführung von Kraftstoff und/oder Luft dadurch regelt, dass ein Lambda-Wert eingestellt wird, der größer als Eins ist.
Durch die aktive und kontrollierte Partikelfilter-Regeneration kann verhindert werden, dass der Partikelfilter zuverlässig bereits dann regeneriert wird, bevor der Beladungszustand der Partikelfilters zu hoch wird. Auf diese Weise wird ein durch den Partikelfilter erhöhter Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine vermieden und/oder die Motorleistung der Brennkraftmaschine wird nicht negativ beeinträchtigt.
Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass der Vorgang des Regenerierens des Partikelfilters hinsichtlich der dafür erforderlichen Zeit weitgehend optimiert ist und trotzdem beim Regenerieren eine maximal zulässige Grenztemperatur des Materials des Partikelfilters nicht überschritten wird.
In diesem Dokument bedeutet der Ausdruck "innerhalb eines vorbestimmten Abbrenn-Temperaturbereiches über der vorbestimmten Abbrenn-Temperatur" insbesondere, dass die untere Grenze des vorbestimmten Abbrenn-Temperaturbereiches zumindest annähernd die vorbestimmte Abbrenn-Temperatur ist und dass die obere Grenze des vorbestimmten Temperaturbereiches eine ebenfalls vorbestimmte Grenztemperatur ist, welche höher ist als die Abbrenn-Temperatur und bei welcher der Partikelfilter im Betrieb thermisch nicht geschädigt wird. Die Abbrenn-Temperatur kann beispielsweise im Bereich zwischen 500°C und 850°C und bevorzugt im Bereich zwischen 530°C und 570°C liegen, wobei die obere Grenze von dem verwendeten Partikelfilter abhängen kann. Die Abbrenn-Temperatur kann insbesondere beispielsweise 550°C betragen. Der Abbrenn-Temperaturbereich kann beispielsweise eine Temperaturdifferenz von +200K/–20K, bevorzugt +100K/–20K und weiter bevorzugt +50K/–20K umfassen.
Unter dem Begriff Beladungszustand kann in diesem Dokument insbesondere die Menge an Ruß verstanden werden, welche bereits von dem Partikelfilter aus dem Abgas herausgefiltert wurde und welche demzufolge in dem Partikelfilter eingelagert ist. Der Beladungszustand kann dabei durch die Masse des in dem Partikelfilter eingelagerten Rußes gegeben sein. Der Beladungszustand kann insbesondere durch eine dimensionslose Größe charakterisiert sein, welche gegeben ist durch das Verhältnis zwischen (a) der Masse des eingelagerten Rußes und (b) der Masse an Ruß, welche maximal von dem Partikelfilter aufgenommen werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Erhöhen der Temperatur des Abgases in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur des Partikelfilters. Dies hat den Vorteil, dass das Ausmaß der Erhöhung der Temperatur an den aktuellen Zustand des Partikelfilters angepasst wird, so dass zum einen eine zügige Durchführung der beschriebenen Regenerationsverfahrens gewährleistet als auch eine zu große Temperatur des Partikelfilters vermieden werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Erhöhen der Temperatur des Abgases und/oder das Reduzieren der Temperatur des Abgases ein Verändern des Zündzeitpunktes in zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine auf.
Durch ein Verändern des Zündzeitpunkts (in Bezug auf die Rotationsbewegung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine) kann auf einfache und effektive Weise die Verbrennung in dem betreffenden Zylinder der Brennkraftmaschine beeinflusst werden. Dies hat wiederum in bekannter Weise einen unmittelbaren Einfluss auf die Temperatur des aus dem betreffenden Zylinder ausgestoßenen Abgases.
Es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere bei modernen Brennkraftmaschinen eine Veränderung des Zündzeitpunkts am besten mit Hilfe einer Programmänderung an einem Motorsteuergerät für die entsprechende Brennkraftmaschine möglich ist. Eine solche Programmänderung kann entweder durch Chiptuning (Austauschen eines Mikrochips, der das Zündwinkelkennfeld enthält) oder durch Eingreifen in das vorhandene Motorsteuergerät mittels einer geeigneten Software geschehen. Da bei dem hier beschriebenen Verfahren die Temperatur des Abgases wiederholt und insbesondere nur vorrübergehend erfolgt, ist eine entsprechende Programmierung des Motorsteuergeräts bevorzugt und ein Austausch eines Mikrochips nur schwer vorstellbar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verändern des Zündzeitpunktes in zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine zum Erhöhen der Temperatur des Abgases eine zeitliche Verschiebung des Zündzeitpunktes nach hinten auf. Alternativ oder in Kombination weist das Verändern des Zündzeitpunktes in zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine zum Reduzieren der Temperatur des Abgases eine zeitliche Verschiebung des Zündzeitpunktes nach vorne auf. Dadurch kann eine besonders wirksame Weise die gewünschte Veränderung der Temperatur des Abgases erzielt werden.
Eine (in Bezug auf die Rotationsbewegung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine) zeitliche Veränderung des Zündzeitpunktes nach hinten wird häufig auch als Zündwinkelspätziehung bezeichnet. In entsprechender Weise wird eine (in Bezug auf die Rotationsbewegung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine) zeitliche Veränderung des Zündzeitpunktes nach vorne häufig auch als Zündwinkelfrühziehung bezeichnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Verändern des Zündzeitpunktes in allen Zylindern der Brennkraftmaschine durchgeführt. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise eine unterschiedliche Kraftstoffverbrennung in verschiedenen Zylindern der Brennkraftmaschine vermieden werden. Das beschriebene Regenerationsverfahren ist damit besonders einfach von einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine steuerbar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Ändern des Lambda-Wertes der Lambda-Regelung in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur des Partikelfilters. Dies hat den Vorteil, dass das beschriebene Regenerationsverfahren in besonders kontrollierter und damit auch besonders stabiler Weise durchgeführt werden kann. Durch eine geeignete Wahl der Höhe des Lambda-Wertes kann nämlich dafür gesorgt werden, dass die Temperatur des Partikelfilters in einem gewünschten Temperaturbereich bleibt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ändern des Lambda-Wertes der Lambda-Regelung auf ein Einstellen des Lambda-Wertes auf einen Wert im Bereich zwischen 1,1 und 1,3 und bevorzugt im Bereich zwischen 1,15 und 1,25. Dies hat den Vorteil, dass das Abbrennen der eingelagerten Partikel (insbesondere Ruß) dahingehend optimiert werden kann, dass zum Einen das Abbrennen relativ zügig erfolgt und zum anderen die Temperatur des Partikelfilters noch in akzeptablen Grenzen bleibt, so dass eine Schädigung oder eine beschleunigte Alterung des Partikelfilters vermieden wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf ein Erfassen eines Beladungszustandes des Partikelfilters, welcher Beladungszustand oberhalb eines vorbestimmten Grenz-Beladungszustandes des Partikelfilters liegt. Dabei wird der Schritt des Erfassens des Beladungszustandes des Partikelfilters vor dem Schritt des Erhöhens der Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine durchgeführt.
Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, dass das vorstehend beschriebene Regenerationsverfahren erst dann durchgeführt wird, wenn der Beladungszustand des Partikelfilters den vorbestimmten Grenz-Beladungszustand erreicht oder überschritten hat. Der vorbestimmte Grenz-Beladungszustand kann dabei dadurch bestimmt sein, dass ab einer gewissen Beladung des Partikelfilters, welche Beladung größer ist als der vorbestimmte Grenz-Beladungszustand, der Abgasgegendruck der Abgasnachbehandlungsanlage so groß wird, dass die Leistung und/oder die Effizienz der Brennkraftmaschine sinkt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Erfassen des Beladungszustandes des Partikelfilters ein Messen eines Druckabfalls auf, welcher in dem Abgastrakt von dem Partikelfilter erzeugt wird.
Der beschriebene Druckabfall kann insbesondere mittels zweier Drucksensoren gemessen werden, wobei ein Drucksensor entlang der Strömungsrichtung des Abgases gesehen vor dem Partikelfilter und der andere Drucksensor entlang der Strömungsrichtung des Abgases gesehen hinter dem Partikelfilter in dem Abgastrakt angeordnet ist. In diesem Zusammenhang ist es leicht zu verstehen, dass bei einer gewissen Abgasströmung der Druckabfall umso größer ist, je größer der Strömungswiderstand des Partikelfilters ist, wobei der Strömungswiderstand selbstverständlich von dem Beladungszustand des Partikelfilters abhängt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage beschrieben, welche einen Partikelfilter aufweist, der in einem Abgastrakt einer eine Lambda-Regelung aufweisenden Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die beschriebene Anordnung weist eine Datenverarbeitungseinheit auf, welche eingerichtet ist, das vorstehend beschriebene Verfahren zu steuern.
Der beschriebenen Anordnung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Partikelfilter-Regenerationszyklen, wobei bei einem Partikelfilter-Regenerationszyklus das vorstehend beschriebene Verfahren durchgeführt wird, mittels einer geeignet programmierten Datenverarbeitungseinheit aktiv gesteuert werden können.
Die Datenverarbeitungseinheit kann beispielsweise mittels einer ohnehin vorhandenen Motorsteuerung der Brennkraftmaschine realisiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Anordnung ferner auf (a) einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Partikelfilters, wobei der Temperatursensor mit der Datenverarbeitungseinheit gekoppelt ist, und (b) eine Vorrichtung zum Erfassen des Beladungszustandes des Partikelfilters, wobei die Vorrichtung ebenfalls mit der Datenverarbeitungseinheit gekoppelt ist.
Der Temperatursensor kann jeder geeignete Sensor sein, mit dem Temperaturen im Bereich zwischen 400°C und 900°C gemessen werden können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung einen ersten Drucksensor und einen zweiten Drucksensor aufweist, wobei der erste Drucksensor entlang der Strömungsrichtung des Abgases gesehen vor dem Partikelfilter in dem Abgastrakt angeordnet ist und wobei der zweite Drucksensor entlang der Strömungsrichtung des Abgases gesehen hinter dem Partikelfilter in dem Abgastrakt angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Beladungszustand des Partikelfilters auf einfache und effektive Weise anhand einer Druckdifferenz zwischen einem ersten Druck, welcher von dem ersten Drucksensor gemessen wird, und einem zweiten Druck, welcher von einem zweiten Drucksensor gemessen wird, von der Datenverarbeitungseinheit bestimmt werden kann. Dabei kann der Beladungszustand beispielsweise anhand einer in einem Speicher der Datenverarbeitungseinheit hinterlegten Nachschlagtabelle bestimmt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug beschrieben, wobei die Brennkraftmaschine eine Anordnung des vorstehend beschriebenen Typs aufweist.
Der beschriebenen Brennkraftmaschine liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die vorstehend beschriebene Anordnung dazu verwendet werden kann, eine Regenration des Partikelfilters aktiv zu steuern. Damit kann eine solche Regeneration bereits dann durchgeführt werden, bevor der Beladungszustand des Partikelfilters so hoch ist, dass die Motorleistung der Brennkraftmaschine signifikant reduziert und/oder der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine signifikant erhöht ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Brennkraftmaschine ein Otto-Motor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage beschrieben, welche einen Partikelfilter aufweist, der in einem Abgastrakt einer eine Lambda-Regelung aufweisenden Brennkraftmaschine angeordnet ist. Das Computerprogramm, wenn es von einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, ist zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage eingerichtet.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blue-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform. Die Figur der Zeichnung dieser Anmeldung ist lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
Die einzige Figur zeigt eine Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebene Ausführungsform lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
Die einzige Figur zeigt eine Brennkraftmaschine 100, welche einen Ansaugtrakt 110, einen Motorblock 120 und einen Abgastrakt 130 aufweist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Motorblock 120 insgesamt vier Zylinder auf. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebene Erfindung auch mit Brennkraftmaschinen realisiert werden kann, bei denen der Motorblock eine beliebige andere Anzahl von Zylindern einschließlich einem einzigen Zylinder aufweist. Die in der Figur dargestellte Brennkraftmaschine 100 ist ein Otto-Motor. Die in diesem Dokument beschriebene Erfindung kann jedoch auch mit einem Diesel-Motor realisiert werden.
Wie aus der Figur ersichtlich, weist der Abgastrakt 130 entlang der Strömungsrichtung des Abgases betrachtet zunächst in bekannter Weise einen Vorkatalysator 132, eine Abgasnachbehandlungsanlage 140 und einen Hauptkatalysator 134 auf. Nach dem Hauptkatalysator 134 wird die chemische Zusammensetzung des Abgases in bekannter Weise mittels einer Lambdasonde 136 vermessen. Danach strömt das Abgas, welches in der Figur mit dem Bezugszeichen 180 versehen ist, über einen nicht dargestellten Schalldämpfer in die Umgebung.
Die Abgasnachbehandlungsanlage 140 weist einen Partikelfilter 142 auf, welcher in bekannter Weise aus dem Abgas 180 Partikel, insbesondere Rußpartikel, herausfiltert. Um eine Überbeladung des Partikelfilters 142 zu verhindern, muss dieser von Zeit zu Zeit regeneriert werden. Dabei wird bei einer vergleichsweise hohen Temperatur der in dem Partikelfilter 142 gespeicherte Ruß abgebrannt.
Um diesen Abbrennprozess so zu steuern, wie er in diesem Dokument beschrieben ist, weist die Brennkraftmaschine 100 eine mittels einer Motorsteuerung realisierte Datenverarbeitungseinheit 160 auf. Ferner ist ein Temperatursensor 144 vorhanden, welcher die aktuelle Temperatur des Partikelfilters 142 misst. Ferner sind in dem Abgastrakt 130 zwei Drucksensoren, ein erster Drucksensor 152, welcher stromaufwärts von dem Partikelfilter 142 angeordnet ist, und ein zweiter Drucksensor 154 vorgesehen, welcher in Bezug zu dem Partikelfilter 142 stromabwärts angeordnet ist.
Eine Lambdaregelung ist in bekannter Weise mittels der Lambdasonde 136 und der Datenverarbeitungseinheit 160 realisiert. Dabei wird der tatsächliche Lambdawert des Abgases 180 über die Lambdasonde 136 erfasst und der Datenverarbeitungseinheit 160 mitgeteilt. Die Datenverarbeitungseinheit 160 sorgt dann in Zusammenarbeit mit dem Ansaugtrakt 110 und/oder mit nicht dargestellten Einspritzventilen in dem Ansaugtrakt 110 und/oder in dem Motorblock 120 dafür, dass die zugeführte Kraftstoff- oder Luftmenge so verändert wird, dass das Abgas 180 an der Lambdasonde einen Lambda-Sollwert von zumindest annähernd gleich Eins hat. Im normalen Motorbetrieb hat die Einhaltung eines bestimmten Lambdawertes einen großen Einfluss auf die Qualität der Verbrennung und die Möglichkeit einer katalytischen Abgasreinigung.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden der Datenverarbeitungseinheit 160 ferner Informationen betreffend die aktuelle Temperatur des Partikelfilters 142 sowie betreffend die Druckverhältnisse am Eingang der Abgasnachbehandlungsanlage 140 und am Ausgang der Abgasnachbehandlungsanlage 140 übergeben. Die Druckdifferenz zwischen (a) einem Druck P1 am Eingang der
Abgasnachbehandlungsanlage 140, d.h. unmittelbar vor dem Partikelfilter 142, und (b) einem Druck P2 am Ausgang der Abgasnachbehandlungsanlage 140, d.h. unmittelbar nach dem Partikelfilter 142, ist ein direktes Maß für den Beladungszustand des Partikelfilter 142. Wenn der Partikelfilter 142 nämlich mit einer großen Menge an Ruß beladen ist, dann wird der Strömungswiderstand des Partikelfilters 142 entsprechend groß und die Druckdifferenz P1–P2 wird ebenfalls groß. Wenn der Partikelfilter 142 mit einer relativ kleinen Menge an Ruß beladen ist, dann wird der Strömungswiderstand des Partikelfilters 142 entsprechend klein und die Druckdifferenz P1–P2 wird ebenfalls klein sein.
Nachfolgend wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Prozedur beschrieben, mittels welcher der Partikelfilter 142 regeneriert werden kann, wobei der eingelagert Ruß in kontrollierter Weise abgebrannt wird.
Bei der hier beschriebenen Prozedur wird der Partikelfilter 142 aktiv genau dann regeneriert, wenn dessen Beladungszustand bzw. der Druckabfall P1–P2 an dem Partikelfilter 142 eine Schwelle überschreitet, welche abhängig vom Massenstrom des Luft/Abgas-Gemisches ist. Falls dies der Fall ist, dann wird die Temperatur des von dem Motorblock ausgestoßenen Abgases durch eines sog. Zündwinkelspätziehung angehoben. Dabei kann optional eine Mehrfacheinspritzung aktiviert werden, um die Motorstabilität zu verbessern.
Sobald oder/und bevor die Temperatur T des Partikelfilters 142 eine vorgegebene Ruß-Abbrenn-Temperatur erreicht (z.B. ab 550°C), wird der Lambda-Sollwert der in der Datenverarbeitungseinheit 160 realisierten Lambdaregelung mager eingestellt. Dabei wird der Lambdawert so eingestellt, dass (a) einerseits eine möglichst schnelle Regeneration des Partikelfilters 142 stattfindet und dass (b) andererseits eine bestimmte Magergrenze der Brennkraftmaschine nicht überschritten wird. Dies bedeutet, dass der Lambdawert nicht zu groß sein darf (z.B. nicht größer als 1,3), so dass die Zyklus zu Zyklus Zylinder-Mitteldruck-Variation eine vorgegebene Grenze nicht überschreitet. Auch hier kann optional eine Mehrfacheinspritzung aktiviert werden, um die Stabilität des Betriebes der Brennkraftmaschine 100 zu verbessern.
Alternativ kann der magere Lambdawert durch Abschaltung der Einspritzung eines Zylinders und Befeuerung der anderen Zylinder mit Lambda <= Eins realisiert werden. Dabei sollten die Luftmassenströme durch die befeuerten Zylinder entsprechend angehoben werden, damit das Motordrehmoment der Brennkraftmaschine einem vorgegebenen Soll-Motordrehmoment entspricht.
Abhängig von der Temperatur T des Partikelfilters 142 wird dann die Zündwinkelspätziehung wieder zurückgenommen, damit die Filtertemperatur T möglichst knapp über der Ruß-Abbrenn-Temperatur bleibt und insbesondere nicht zu hoch steigt, um den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 100 zu reduzieren.
Wenn die Filtertemperatur die zulässige Grenze für das Material des Partikelfilters 142 erreicht oder sogar überscheitet, dann wird ein Lambdawert Richtung Lambda gleich Eins eingestellt. Bei Unterschreitung der zulässigen Grenztemperatur wird der Lambdawert wieder größer als Eins eingestellt, damit das dem Motorblock 120 zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch wieder mager wird.
Wenn der Beladungszustand bzw. der Druckabfall P1–P2 eine andere niedrigere Schwelle abhängig vom Luft/Abgas-Massenstrom unterschreitet, dann wird der Regenerationsvorgang beendet und die Brennkraftmaschine 100 wird wieder bei einem Lambdawert von Lambda gleich zumindest annähernd Eins betrieben.
Bezugszeichenliste

100: Brennkraftmaschine
110: Ansaugtrakt
120: Motorblock
130: Abgastrakt
132: Vorkatalysator
134: Hauptkatalysator
136: Lambdasonde
140: Abgasnachbehandlungsanlage
142: Partikelfilter
144: Temperatursensor
152: erster Drucksensor
154: zweiter Drucksensor
160: Datenverarbeitungseinheit / Motorsteuerung
180: Abgas
T: Temperatur des Partikelfilters
P1: Druck am Eingang der Abgasnachbehandlungsanlage
P2: Druck am Ausgang der Abgasnachbehandlungsanlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008000607 A1 [0006]
DE 102010044102 A1 [0007]
DE 102009046559 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage (140), welche einen Partikelfilter (142) aufweist, der in einem Abgastrakt (130) einer eine Lambda-Regelung aufweisenden Brennkraftmaschine (100) angeordnet ist, das Verfahren aufweisend Erhöhen der Temperatur eines Abgases (180) der Brennkraftmaschine (100), so dass die Temperatur des Partikelfilters (142) ansteigt, Messen der Temperatur (T) des Partikelfilters (142), wenn die gemessene Temperatur (T) des Partikelfilters (142) eine vorbestimmte Abbrenn-Temperatur überschritten hat, Ändern eines Lambda-Wertes der Lambda-Regelung, so dass der Brennkraftmaschine (100) ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, Reduzieren der Temperatur des Abgases (180) in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur (T) des Partikelfilters (142), so dass die Temperatur (T) des Partikelfilters (142) innerhalb eines vorbestimmten Abbrenn-Temperaturbereiches über der vorbestimmten Abbrenn-Temperatur bleibt, in welchem ein Abbrennen von in dem Partikelfilter (142) befindliche Partikel stattfindet, Erfassen eines Beladungszustandes des Partikelfilters (142), und wenn der Beladungszustand des Partikelfilters (142) eine Beladungsschwelle unterschritten hat, erneutes Ändern des Lambda-Wertes der Lambda-Regelung, so dass die Brennkraftmaschine (100) zumindest annähernd mit einem Wert Lambda gleich Eins betrieben wird.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Erhöhen der Temperatur des Abgases (180 in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur (T) des Partikelfilters (142) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Erhöhen der Temperatur des Abgases (180) und/oder das Reduzieren der Temperatur des Abgases (180) aufweist Verändern des Zündzeitpunktes in zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine (100).
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Verändern des Zündzeitpunktes in zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine (100) zum Erhöhen der Temperatur des Abgases (180) eine zeitliche Verschiebung des Zündzeitpunktes nach hinten aufweist und/oder wobei das Verändern des Zündzeitpunktes in zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine (100) zum Reduzieren der Temperatur des Abgases (180) eine zeitliche Verschiebung des Zündzeitpunktes nach vorne aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 3 und 4, wobei das Verändern des Zündzeitpunktes in allen Zylindern der Brennkraftmaschine (100) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ändern des Lambda-Wertes der Lambda-Regelung in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur (T) des Partikelfilters (142) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ändern des Lambda-Wertes der Lambda-Regelung aufweist Einstellen des Lambda-Wertes auf einen Wert im Bereich zwischen 1,1 und 1,3 und bevorzugt im Bereich zwischen 1,15 und 1,25.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend Erfassen eines Beladungszustandes des Partikelfilters (142), welcher Beladungszustand oberhalb eines vorbestimmten Grenz-Beladungszustandes des Partikelfilters (142) liegt, wobei der Schritt des Erfassens des Beladungszustandes des Partikelfilters (142) vor dem Schritt des Erhöhens der Temperatur des Abgases (180) der Brennkraftmaschine (100) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Erfassen des Beladungszustandes des Partikelfilters (142) ein Messen eines Druckabfalls (P1–P2) aufweist, welcher in dem Abgastrakt (130) von dem Partikelfilter (142) erzeugt wird.
Anordnung zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage (140), welche einen Partikelfilter (142) aufweist, der in einem Abgastrakt (130) einer eine Lambda-Regelung aufweisenden Brennkraftmaschine (100) angeordnet ist, die Anordnung aufweisend eine Datenverarbeitungseinheit (160), welche eingerichtet ist, eine Durchführung das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zu steuern.
Anordnung gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend einen Temperatursensor (144) zum Messen der Temperatur (T) des Partikelfilters (142), wobei der Temperatursensor (144) mit der Datenverarbeitungseinheit (160) gekoppelt ist, und eine Vorrichtung (152, 154) zum Erfassen des Beladungszustandes des Partikelfilters (142), wobei die Vorrichtung (152, 154) ebenfalls mit der Datenverarbeitungseinheit (160) gekoppelt ist.
Anordnung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Vorrichtung einen ersten Drucksensor (152) und einen zweiten Drucksensor (154) aufweist, wobei – der erste Drucksensor (152) entlang der Strömungsrichtung des Abgases (180) gesehen vor dem Partikelfilter (142) in dem Abgastrakt (130) angeordnet ist und – der zweite Drucksensor (154) entlang der Strömungsrichtung des Abgases (180) gesehen hinter dem Partikelfilter (142) in dem Abgastrakt (130) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, die Brennkraftmaschine (100) aufweisend eine Anordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 10 bis 12.
Brennkraftmaschine gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Brennkraftmaschine ein Otto-Motor (100) ist.
Computerprogramm zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage (140), welche einen Partikelfilter (142) aufweist, der in einem Abgastrakt (130) einer eine Lambda-Regelung aufweisenden Brennkraftmaschine (100) angeordnet ist, wobei das Computerprogramm, wenn es von einer Datenverarbeitungseinheit (160) ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.