DE102014016700A1

DE102014016700A1 - Verfahren zur Regeneration eines ottomotorischen Partikelfilters

Info

Publication number: DE102014016700A1
Application number: DE102014016700.3A
Authority: DE
Inventors: Jan Fritzsche
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-05-12

Abstract

Ein Verfahren zur Regeneration eines ottomotorischen Partikelfilters (1) wird bereitgestellt, das nachfolgende Verfahrensschritte aufweist: Deaktivierung einer Zündung wenigsten eines Zylinders (11–14) des Otto-Motors (10) unter Verminderung der Zufuhr von Otto-Kraftstoff in den betreffenden Zylinder bzw. in die betreffenden Zylinder.

Description

Ein Verfahren zur Regeneration eines ottomotorischen Partikelfilters sowie eine Otto-Motor mit wenigstens einem Zylinder, mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Otto-Kraftstoff zum Zylinder, mit einer im Bereich des Zylinders angeordneten Zündfunken-Einrichtung sowie mit einem im Bereich eines Auslasses des Zylinders angeordneten Partikelfilter. Insbesondere können direkteinspritzende Otto-Motoren bei der Verbrennung im Vergleich zu saugrohreingespritzten Otto-Motoren und Vergasermotoren vermehrt Partikel bilden. Eine Möglichkeit zur Verringerung dieser Partikel ist der Einsatz eines ottomotorischen Partikelfilters im Abgasstrang des Motors. Der größte Teil dieser Partikel besteht aus Kohlenwasserstoffen. Der ottomotorische Partikelfilter kann in bestimmten Intervallen von einer Partikelanreicherung in Form von Kohlenwasserstoffansammlungen befreit werden. Dazu kann der ottomotorische Partikelfilter auf eine Regenerationstemperatur erhitzt werden und mit einem reaktiven Gas durchströmt werden. Dies führt zur Umsetzung des Rußes aus Kohlenwasserstoffen zum Beispiel in Wasser und CO₂, falls das reaktive Gas Sauerstoff enthält. Ein Problem ergibt sich unter anderem bei niedrigen Motorlasten. Dabei kann es vorkommen, dass der Motor unter normalen Betriebsbedingungen ungenügend thermische Energie insbesondere in Bezug auf eine Abgastemperatur für die Verbrennung des Rußes zur Verfügung stellt.
Ein Verfahren zum Steuern der Zündung eines Ottomotors für ein Partikelfilterregenerieren ist aus der Druckschrift DE 10 2010 046 666 A1 bekannt. Dazu wird zum Oxidieren von Partikelanreicherungen in dem Partikelfilter, die von dem Ottomotor erzeugt werden, die Motorzündung so gesteuert, dass der von dem Partikelfilter gehaltene Ruß selbst während niedriger Motorlasten oxidiert werden kann, indem eine Zündzeitpunktverzögerung wenigstens eines Zylinders auf spät gestellt wird, um eine Temperatur des Partikelfilters über eine zum Oxidieren der Rußpartikelanreicherungen erforderliche Schwellentemperatur zu regeln.
rung der Laufruhe des Ottomotors beim Betrieb mit Luftüberschuss während der Regeneration des Partikelfilters ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.
Eine Durchführungsform des Verfahrens weist nachfolgende Verfahrensschritte auf: Deaktivierung einer Zündung wenigsten eines Zylinders des Otto-Motors (10) und Verminderung der Zufuhr von Otto-Kraftstoff in den betreffenden Zylinder bzw. in die betreffenden Zylinder.
In diesem Zusammenhang wird unter Zylinder ein Verbrennungszylinder verstandem. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass eine Regeneration des Partikelfilters auch bei niedriger Last zuverlässig möglich ist. Außerdem wird der Motorrundlauf wenig beeinträchtigt und damit verbessert. Die Zylinder mit aktivierter Zündung fahren automatisch ohne den wenigsten einen Zylinder mit deaktivierter Zündung bei erhöhter Last, was die Abgastemperatur der aktiv gezündeten Zylinder erhöht und die Regeneration des Partikelfilters zusätzlich unterstützt. Der wenigstens eine Zylinder mit deaktivierter Zündung kann individuell mit einem abgastemperaturoptimalen Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben werden. Dies ist besonders wirksam bei Otto-Motoren mit Direkteinspritzung, da durch die Direkteispritzung ein Verdichtungshub mit eingespritztem Kraftstoff vermieden wird, zumal da eine mögliche Selbstentzündung im Verdichterhub bei saugrohreingespritzten Otto-Motoren und Vergasermotoren vermieden wird. Darüber hinaus kann bei Otto-Motoren mit Direkteinspritzung mit direkteinspritzung jeweils während einer einzelnen Kurbelwellenumdrehung die Kraftstoffzeinspritzung und die Zündung eines einzelnen Zylinders deaktiviert werden, und somit eine präzise Steuerung einer zusätzlichen Zufuhr von Luft dem Partikelfilter zur Verbrennung der Rußpartikeln zugeführt werden kann.
Andererseits ist es auch möglich eine Einstellung der Verminderung der Zufuhr von Otto-Kraftstoff von der Erfassung von Betriebsparametern des Ottomotors in Bezug auf eine Motordrehzahl, eine Katalysatortemperatur, eine Partikelfiltertemperatur und einen λ-Wert des Luft/Kraftstoffverhältnisses erfasst abhängig zu machen, und die Regeneration des ottomotorischen Partikelfilters, nach Erfassen eines Schwellenwerts einer Partikelanreicherung in dem ottomotorischen Partikelfilter durchzuführen.
Weiterhin ist es vorgesehen, das Deaktivieren einer Zündung bei Unterschreiten eines Schwellenwerts ΔT_K der Katalysatortemperatur und gleichzeitigem Erreichen des Schwellenwerts einer Partikelanreicherung durchzuführen, so dass Zündung wenigstens eines Zylinders bei Unterschreiten des Schwellenwerts ΔT_K der Katalysatortemperatur und bei gleichzeitigem Erreichen und/oder Überschreiten des Schwellenwerts einer Partikelanreicherung in dem Partikelfilter deaktiviert wird. Solange der Schwellenwert der Partikelanreicherung nicht erreicht wird, ist eine ausreichende Aufnahmekapazität von Partikeln beim Durchströmen des Partikelfilters mit Abgas gewährleistet. Andererseits sollte die Katalysatortemperatur T_K einem optimalen Temperaturwirkungsbereich wenigstens aber über einem Schwellenwert ΔT_K liegen. Um diesen Schwellenwert ΔT_K zu erreichen, ohne dass der Schwellenwert der Partikelanreicherung vorliegt, reicht es aus, lediglich den Zündzeitpunkt wenigstens eines der Zylinder oder aller in Richtung später Zündung zu verändern.
Außerdem ist es in einer weiteren Ausführungsform für die Regeneration des Partikelfilters eines Otto-Motors mit Direkteinspritzung vorgesehen, eine geregelte Kraftstoff-Einspritzmenge zeitlich verzögert in den wenigstens einen Zylinder, dessen Zündung deaktiviert wird, einzuspritzen. Die Kraftstoff-Einspritzmenge wird dabei mittels Anpassung einer Einspritzimpulslänge unter Überwachen eines zulässigen Regenerationstemperaturbereichs ΔT_P des Partikelfilters variiert. Dieser zulässige Regenerationstemperaturbereichs ΔT_P des Partikelfilters beginnt bei einer Mindestverbrennungstemperatur der Rußpartikel und ist nach oben durch eine maximale Temperatur, bei welcher der Partikelfilter und andere Bauteile unbeschadet betrieben werden können, begrenzt.
Im Prinzip kann von n Zylindern eines Ottomotors mit Direkteinspritzung die Zündung von bis zu n – 1 Zylindern für eine Regeneration des Partikelfilters deaktiviert werden, wobei es möglich ist, die Kraftstoff-Einspritzmenge eines einzelnen Zylinders der n – 1 Zylinder auch auf null zu reduzieren, und damit den λ-Wert bzw. das Luft/Kraftstoffverhältnis für diesen Zylinder auf ∞ einzustellen.
Mit einer weiteren Durchführungsform wird bei einem Luft/Kraftstoffverhältnis für einen gesamten oder globalen Abgaswert λ > 1 eines Motorbetriebs mit deaktivierter Zündung wenigstens eines Zylinders die Abgastemperatur im Partikelfilter stärker erhöht im Vergleich zu einem Motorbetrieb ohne Deaktivieren der Zündungen der Zylinder bei stöchiometrischem Luft/Kraftstoffverhältnis mit einem gesamten oder globalen Abgaswert λ = 1. Andererseits ist es nicht erforderlich die Zylinder mit aktivierter Zündung auf einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis mit λ = 1 zu halten. Vielmehr können auch zylinderindividuellem Luft/Kraftstoffverhältnis für die Zylinder mit aktivierter Zündung beibehalten werden.
In einer weiteren Durchführungsform wird zum Erfassen des Schwellenwerts einer Partikelanreicherung im Partikelfilter eine Druckdifferenz ΔP zwischen einem Partikelfilter-Einlassdrucksensor und einem Partikelfilter-Auslassdrucksensor erfasst, und bei Erreichen oder Überschreiten eines Druckdifferenzschwellwertes ΔP_S wird das Verfahren zur Regeneration des ottomotorischen Partikelfilters durchgeführt. Die Druckmessung hat den Vorteil, dass relativ genau der Zustand einer zunehmenden Partikelanreicherung überwacht und bei Erreichen eines Druckdifferenzschwellenwertes zuverlässig die Regeneration bei störungsfreiem Betrieb des Ottomotors mit Direkteinspritzung vorgenommen werden kann.
Für die Steuerung der Regeneration des Partikelfilters wird ein Computerprogrammprodukt eingesetzt, das, wenn es auf einer Recheneinheit (ECM) eines Ottomotors mit Direkteinspritzung ausgeführt wird, die Recheneinheit (ECM) anleitet, folgende Schritte auszuführen:
Erfassen eines Schwellenwerts einer Partikelanreicherung in dem ottomotorischen Partikelfilter;
Erfassen von Betriebsparametern des Ottomotors mit Direkteinspritzung in Bezug auf eine Motordrehzahl (n), eine Katalysatortemperatur (T_K), eine Partikelfiltertemperatur (T_P) und einen λ-Wert des Luft/Kraftstoffverhältnisses;
Deaktivieren einer Zündung wenigstens eines von Zylindern des Ottomotors mit Direkteinspritzung unter gleichzeitiger Verzögerung des Einspritzungszeitpunktes, wenn der Schwellenwert der Partikelanreicherung entweder erreicht oder auch überschritten wird.
In diesem Zusammenhang ist die Recheneinheit des Computerprogrammprodukts Bestandteil eines Motorsteuerungsmoduls (ECM, Engine Control Module). Derartige funktionale Einheiten, die in dieser Spezifikation beschrieben werden, sind als Module bezeichnet, um besonders ihre Ausführungsunabhängigkeit hervorzuheben. Module können Hardware-Schaltkreise mit einem oder mehreren Prozessoren mit Speicher, Höchst-Integrations-Schaltkreise (VLSI), Gate Arrays, programmierbare Logik- und/oder diskrete Komponenten einschließen. Die Hardware-Schaltungen können Logikfunktionen durchführen, computerlesbare Programme, die auf fassbaren Speichergeräten gespeichert sind, durchführen und/oder programmierte Funktionen ausführen. Module können auch ein computerlesbares Speichermedium einschließen, das ein computerlesbares Programm umfasst, welches auf einem fassbaren Speichergerät gespeichert ist, das eine Funktion durchführt, wenn es durch eine Hardware-Schaltung wie einem Prozessor, Mikroprozessor oder dergleichen ausgeführt wird.
Mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird auch eine Vorrichtung angegeben, die geeignet ist, ein oben beschriebenes Verfahren durchzuführen. Die Vorrichtung weist dabei Mittel, die geeignet sind, ein Deaktivieren einer Zündung wenigstens eines Zylinders des Otto-Motors auszuführen, sowie Mittel, die geeignet sind, ein Vermindern der Zufuhr von Otto-Kraftstoff in den betreffenden Zylinder bzw.. in die betreffenden Zylinder auszuführen, auf.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann weiter nachfolgende Mittel aufweisen, nämlich Mittel die geeignet sind, einen Schwellenwert einer Partikelanreicherung in einem Partikelfilter zu erfassen und Mittel, die geeignet sind, Betriebsparameter eines Ottomotors in Bezug auf eine Motordrehzahl n, eine Katalysatortemperatur T_K, eine Partikelfiltertemperatur T_P und einen λ-Wert des Luft/Kraftstoffverhältnisses zu erfassen.
Zudem kann die Vorrichtung ausgebildet sein, die Regeneration des ottomotrischen Partikelfilters durchzuführen, falls durch die Mittel, die geeignet sind, einen Schwellenwert einer Partikelanreicherung in einem Partikelfilter zu erfassen, ein Schwellenwert einer Partikelanreicherung in dem Partikelfilter erfasst wurde.
Weiter kann die Vorrichtung einen Vergleicher aufweisen, um eine durch die Mittel, die geeignet sind, Betriebsparameter eines Ottomotors in Bezug auf eine Motordrehzahl n, eine Katalysatortemperatur TK, eine Partikelfiltertemperatur TP und einen λ-Wert des Luft/Kraftstoffverhältnisses zu erfassen, erfasste Katalysatortemperatur mit einem Schwellenwert für die Katalysatortemperatur zu vergleichen und die Mittel, die geeignet sind, ein Deaktivieren einer Zündung wenigstens eines Zylinders eines Otto-Motors auszuführen, ausgebildet sein, das Deaktivieren einer Zündung durchzuführen, falls die Katalysatortemperatur den Schwellenwert für die Katalysatortemperatur unterschreitet und gleichzeitig die Mittel die geeignet sind, einen Schwellenwert einer Partikelanreicherung in einem Partikelfilter zu erfassen, einen Schwellwert einer Partikelanreichung erfassen.
Die Mittel, die geeignet sind, ein Vermindern der Zufuhr von Otto-Kraftstoff in den betreffenden Zylinder bzw. in die betreffenden Zylinder auszuführen, können weiter ein Mittel zum Variieren einer verminderten Kraftstoffmenge für einen Otto-Motor mit Direkteinspritzung, welche zeitlich verzögert in den wenigstens einen Zylinder mit deaktivierter Zündung eingespritzt wird, mittels Anpassung einer Einspritzimpulslänge unter Überwachen eines zulässigen Regenerationstemperaturbereichs des Partikelfilters, aufweisen.
Die Mittel, die geeignet sind, ein Deaktivieren einer Zündung wenigstens eines Zylinders eines Otto-Motors auszuführen, können weiter ausgebildet sein, von n Zylindern eines Otto-Motors mit Direkteinspritzung die Zündung von bis zu n – 1 Zylindern zu deaktivieren.
Auch können die Mittel, die geeignet sind, ein Vermindern der Zufuhr von Otto-Kraftstooff in den betreffenden Zylinder bzw. in die betreffenden Zylinder auszuführen, Mittel zum Abschalten des Einspritzens bei Otto-Motoren mit Direkteinspritzung aufweisen.
Die Vorrichtung kann zudem ein Mittel zum Erhöhen der Abgastemperatur in einem Partikelfilter bei einem Luft/Kraftstoffverhältnis für einen Abgaswert λ > 1 eines Verbrennungsmotors mit deaktivierter Zündung wenigstens eines Zylinders im Vergleich zu einem Verbrennungsmotorbetrieb ohne Deaktivierung der Zündungen der Zylinder bei stöchiometrischem Luft/Kraftstoffverhältnis mit einem Abgaswert λ = 1, aufweisen.
Die Mittel die geeignet sind, einen Schwellenwert einer Partikelanreicherung in einem Partikelfilter zu erfassen, können weiter Mittel zum Erfassen einer Druckdifferenz zwischen einem Partikelfilter-Einlassdrucksensor und einem Partikelfilter-Auslassdrucksensor aufweisen und die Vorrichtung ausgebildet sein, die Regeneration des ottomotorischen Partikelfilters bei Erreichen oder Überschreiten eines Druckdifferenzschwellenwertes durchzuführen.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Otto-Motor vorgesehen, von dem wenigstens ein Zylinder, mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Otto-Kraftstoff zum Zylinder und mit einer im Bereich des Zylinders angeordneten Zündfunken-Einrichtung sowie mit einem im Bereich eines Auslasses des Zylinders angeordneten Partikelfilter, wobei der Otto-Motor so ausgebildet ist, daß beim Erreichen eines vorbestimmten Schwellwerts die Zündfunken-Einrichtung für einen vorbestimmten Zeitraum deaktivierbar ist, wobei während des vorbestimmten Zeitraums eine verminderte Menge des Otto-Kraftstoff über den Zylinder zum Partikelfilter zuführbar ist. des weiteren ist vorgesehen, daß eine Kurbelwelle des Otto-Motors mit einer Getriebeeingangswelle des Antriebsstrangs verbunden ist.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch ein Motorsystem eines Ottomotors mit Direkteinspritzung und Partikelfilter;
2 zeigt eine schematische Darstellung von vier Zylindern eines Ottomotors mit Direkteinspritzung bei normalem Fahrbetriebszustand;
3 zeigt eine schematische Darstellung von vier Zylindern eines Ottomotors mit Direkteinspritzung beim Regenerieren des Partikelfilters unter Deaktivieren der Zündung von zwei Zylindern;
4 zeigt ein Diagramm eines Vergleichs bei einem Betrieb mit Zündaktivierung aller Zylinder und bei einem Betrieb mit Deaktivieren der Zündung einzelner Zylinder.
5 zeigt eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeugs mit Otto-Motor.
1 zeigt schematisch ein Motorsystem 20 eines Ottomotors 10 mit Direkteinspritzung und Partikelfilter 1 im Abgaskanal 4. Das Motorsystem 20 umfasst den Motor 10, ein Abgassystem 15 sowie ein Regenerationsmodul 16. Das Regenerationsmodul 16 kann in ein Motorsteuerungsmodul integriert sein. Das Regenerationsmodul 16 ermöglicht eine geregelte Regeneration des Partikelfilters 1. Das Regenerationsmodul 16 weist ein Einspritzsteuermodul 17 und ein Zündungsdeaktivierungsmodul 18 auf. Das Abgassystem 15 nimmt Abgas von dem Motor 10 auf und umfasst einen Oxidationskatalysator 5 und den Partikelfilter 1. Das Regenerationsmodul 16 innerhalb des Motorsteuerungsmoduls 30 wird dazu verwendet, eine Regeneration des Partikelfilters eins einzuleiten und zu unterstützen.
Das Motorsystem 20 nimmt Luft über einen Luftfilter 19, einen Turbolader 21 und einen Luftkühler 22 auf. Im Betrieb tritt Luft in den Motor 10 nach Durchgang durch den Luftfilter 19 ein. Luft gelangt durch den Luftfilter 19 und kann in den Turbolader 21 gezogen werden. Die Luft wird von dem Turbolader 21 komprimiert, was die Leistungsabgabe des Motors 10 steigern kann. Die komprimierte Luft gelangt vor einem Eintritt in einen Ansaugkrümmer 23 des Motors 10 durch den Luftkühler 22. Der Ansaugkrümmer 23 verteilt Luft in Zylinder 11–14 des Ottomotors 10.
Der Motor 10 umfasst ferner Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 31–34 und einen Abgaskrümmer 24. Kraftstoff wird in die Zylinder 11–14 über die Kraftstoffeinspritzungseinrichtungen 31–34 eingespritzt. Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich mit der Luft, um in den Zylindern 11–14 ein Luft/Kraftstoff Gemisch zu bilden. Das Luft/Kraftstoffgemisch wird durch die Zylinder 11–14 komprimiert. Das komprimierte Luft/Kraftstoffgemisch wird mittels Zündeinrichtungen 41–44 gezündelt. Eine Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemisch erzeugt Abgas. Das Abgas verlässt die Zylinder 11–14 in das Abgassystem 15. Obwohl eine bestimmte Anzahl von Zylindern 11–14 und Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 31–34 sowie Zündeinrichtungen 41–44 gezeigt sind, gelten die hier offenbarten Ausführungsformen für Ottomotoren mit einer beliebigen Anzahl von Zylindern 11–14, Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 31–34 und Zündeinrichtung 41–44.
Das Motorsystem 20 kann ein Abgasrückführungsventil 6 aufweisen, um einen Anteil des Abgases zurück in den Ansaugkrümmer 23 über den Luftkühler 22 rückzuführen. Im Betrieb strömt der Rest des Abgases von dem Ottomotor 10 und von dem Abgaskrümmer 24 in den Turbolader 21, um eine Turbine 25 anzutreiben. Die Turbine 25 unterstützt die Kompression der von dem Luftfilter 19 aufgenommenen Luft. Das Abgas strömt von dem Turbolader 21 durch den Oxidationskatalysator 5. Der Oxidationskatalysator 5 oxidiert nicht gezündete und/oder teilweise gezündete Kohlenwasserstoffe in dem Abgassystem 15. Die Oxidation von nicht gezündeten und/oder teilweise gezündeten Kohlenwasserstoffen durch den Oxidationskatalysator 5 erhöht die Temperatur des Abgases 5. Das Abgas strömt von dem Oxidationskatalysator 5 in den Partikelfilter 1. Der Partikelfilter 1 filtert Rußpartikel aus dem Abgas des Abgaskanals 4.
Das Motorsteuerungsmodul 30 (ECM, Engine Control Module) weist verschiedene Sensoren 7 auf. Das Motorsteuerungsmodul 30 startet eine auf Grundlage der von den Sensoren 7 empfangenen Signale und führt diese Regeneration durch. Das Nacheinspritzsteuermodul 17 des Regenerationsmoduls 16 in dem Motorsteuerungsmodul 30 steuert Temperaturanstiegsraten des Partikelfilters 1 unter Steuerung von nacheingespritzten bzw. verzögert eingespritzten Kraftstoffniveaus oder nacheingespritzten bzw. verzögert eingespritzten Kraftstoffanstiegsraten während der Regeneration auf der Grundlage der Sensorsignale der Sensoren 7. Diese nacheingespritzten Kraftstoffanstiegsraten betreffen Zunahmen und/oder Abnahmen des nacheingespritzten Kraftstoffs über die Zeit. Die nacheingespritzten Kraftstoff-Einspritzmenge in wenigstens einen der Zylinder 11–14 kann mittels Anpassung einer Einspritzimpulslänge unter Überwachen eines zulässigen Regenerationstemperaturbereichs ΔT_P des Partikelfilters 1 variiert werden.
Mithilfe des weiteren Moduls, nämlich dem Zünddeaktivierungsmodul 18 in dem Regenerationsmodul 16 können Zündeinrichtungen 31–34 einzelner oder mehrerer Zylinder, nämlich bis zu maximal drei Zündeinrichtungen der vier Zylinder 11–14 des in 1 gezeigten Ottomotors 10 deaktiviert werden, und gleichzeitig kann mithilfe des Nacheinspritzsteuermoduls 17 die nacheingespritzte Kraftstoffmenge variiert werden.
Die Sensoren können einen Partikelfilter-Einlasstemperatursensor 8, wie in 1 gezeigt, einen Partikelfilter-Auslasstemperatursensor 9 und/oder den Partikelfilter-Einlassdrucksensor 2 und/oder den Partikel-Auslassdrucksensor 3 aufweisen. Ferner kann ein Sauerstoffsensor 26 als λ-Sonde in den Abgaskanal stromabwärts des Partikelfilters 1 hineinragen. Beispielsweise können weitere Motor- und Abgassystemsensoren 7 einen Umgebungslufttemperatursensor 70, einen Luftmassensensor 71, einen Krümmerdrucksensor 72, einen Umgebungsdrucksensor 73, eine Motordrehzahlsensor 74, einen Katalysatortemperatursensor 75, einen Abgasrückführungssensor 76 usw. aufweisen.
Das Motorsteuerungsmodul 30 kann eine Partikelfilter-Regeneration einleiten, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Beispielsweise kann das Motorsteuerungsmodul 30 eine Regeneration einleiten, wenn eine Partikelanreicherung an dem Partikelfilter 1, die als eine Rußbelastung bezeichnet wird, einen Schwellenwert (beispielsweise 10 g/Liter Partikelmaterial) überschreitet. Als ein anderes Beispiel kann das Motorsteuerungsmodul 30 eine Regeneration einleiten, wenn eine Betriebszeit des Motors 10, des Abgassystems 15 und oder des Partikelfilters 1 seit einer vorhergehenden Regeneration eine vorbestimmte Zeitdauer, zum Beispiel 300 min, überschreitet. Als weiteres Beispiel kann das Motorsteuerungsmodul eine Regeneration einleiten, wenn das dem Partikelfilter 1 zugeordnete Fahrzeug eine vorbestimmte Distanz seit einer vorhergehenden Regeneration (beispielsweise 500 km) gefahren ist. Die Bedingungen der obigen Beispiele können allein oder in Kombination verwendet werden, um eine Regeneration des Partikelfilters einzuleiten.
Das Motorsteuermodul 30 kann eine Beladung bzw. Partikelanreicherung auf Grundlage einer Differenz zwischen dem Einlass- und dem Auslassdruck des Abgases das in den Partikelfilter 1 eintritt und diesen verlässt, bestimmen. Der Druck des in den Partikelfilter eintretenden Abgases kann über den Einlassdrucksensor 2 erfasst werden. Der Druck des den Partikelfilter 1 verlassenden Abgases kann über den Auslassdrucksensor 3 erfasst werden. Die Betriebszeit des Motors 10 des Abgassystems 15 und/oder des Partikelfilters 1 kann auf einem jeweiligen Zeitgeber basieren. Die Fahrdistanz des Fahrzeugs kann beispielsweise über einen Getriebesensor, einen Radsensor und/oder über ein globales Positioniersystem (GPS) bestimmt werden.
Während der Regeneration steuert das Nacheinspritzsteuermodul 17 die Einspritzung von nacheingespritztem Kraftstoff. Dabei kann das zusätzliche Zündungsdeaktivierungsmodul 18 einen oder mehrere der in 1 gezeigten Zündeinrichtungen 41–44 deaktivieren. Dadurch wird einerseits der Sauerstoffgehalt in dem Abgaskanal wesentlich erhöht und gleichzeitig ein Reaktionsgemisch zur Verfügung gestellt, dass die Reationstemperatur bzw. die Partikelfiltertemperatur durch Abgabe von Reaktionswärme erhöht, wenn der nacheingespritzten Kraftstoff in den Oxidationskatalysator gelangt. Die Sauerstoffanreicherung im Partikelfilter 1 durch das Deaktivieren einer oder mehrerer aber nicht aller Zündeinrichtungen 31–34 von einem oder mehreren aber nicht allen Zylindern 11 bis 14 unter Einsatz des Zündungsdeaktivierungsmodul 18 ist deutlich wirkungsvoller als ein ausschließlicher Einsatz des Nacheinspritzsteuermodul 17 unter Aufrechterhaltung der Zündvorgänge. Der nacheingespritzte Kraftstoff tritt in das Abgassystem 15 ein. Dabei strömt der Kraftstoff über das Abgassystem 15 in den Oxidationskatalysator 5 ein, der den Kraftstoff verbrennt, wobei die Temperatur des Abgases des Oxidationskatalysators 5 und des Partikelfilters 1 erhöht wird.
Das Nacheinspritzsteuermodul 17 stellt die nacheingespritzten Kraftstoffniveaus auf Grundlage verschiedener Parameter ein, wie dem der Umgebungstemperatur, den Einlass- und Auslasstemperatursensor und den Einlass- und Auslassdrucksensoren des Partikelfilters 1, der Belastung des Partikelfilters 1, der Motordrehzahl, der Motorlasten usw. ein. Die Parameter können über die Sensoren 2, 3, 8, 9 sowie 70–76 bestimmt werden. Es können maximale und minimale Grenzen des nacheingespritzten Kraftstoffs eingestellt werden. Dieses hält die Menge an nacheingespritzten Kraftstoff in einem vorbestimmten Bereich. Die Beibehaltung des nacheingespritzten Kraftstoffs in einem vorbestimmten nacheingespritztem Kraftstoffbereich unterstützt eine Beibehaltung der Temperatur des Partikelfilters 1 innerhalb eines vorbestimmten Betriebstemperaturbereichs und verbessert einen Wirkungsgrad der Regeneration.
Weiterhin verhindert eine Begrenzung der maximalen Menge von nacheingespritzten Kraftstoff, die innerhalb einer Zeitdauer eingespritzt wird, dass der Partikelfilter 1 eine Betriebstemperatur überschreiten kann. Ein Überschreiten einer zulässigen maximalen Temperatur in dem Partikelfilter 1 kann einen Schaden verursachen. Beispielsweise kann der gezeigte Partikelfilter 1 bei Betriebstemperaturen von größer als 700°C beginnen auszufallen. Eine Spitzenbetriebstemperatur des Partikelfilters 1 kann einer durchschnittlichen Temperatur des Partikelfilters 1 als Ganzem oder einem Anteil des Partikelfilters 1 zugeordnet sein. Eine Begrenzung der minimalen Menge an nacheingespritztem Kraftstoff kann den Partikelfilter 1 oberhalb einer vorbestimmten Temperatur halten, was eine exotherme Reaktion der Regeneration ermöglicht. Das Nacheinspritzsteuermodul 17 kann weiterhin unterschiedliche Raten des nacheingespritzten Kraftstoffs aktivieren und Einstellen, wenn die Temperatur des Partikelfilters 1 kleiner als eine vorbestimmte Mindesttemperatur wird.
2 zeigt eine schematische Darstellung der vier Zylindern 11–14 des Ottomotors mit Direkteinspritzung gemäß 1 bei normalem Fahrbetriebszustand, bei dem beispielsweise eine stöchiometrische Verbrennung erfolgt, so dass der gesamte bzw. globale λ-Abgaswert, welche die λ-Sonde 26 in dem Abgaskanal 4 erfasst, mit λ_global = 1 ist.
3 zeigt eine schematische Darstellung der vier Zylindern 11–14 des Ottomotors mit Direkteinspritzung gemäß 1 beim Regenerieren des Partikelfilters unter Deaktivieren der Zündung von zwei Zylindern 12 und 13, sodass für diese Zylinder λ = ∞ wird. In den Zylindern 11 und 14 mit aktivierter Zündung erfolgt eine stöchiometrische Verbrennung mit λ = 1. In den zwei Zylindern 12 und 13 mit deaktivierter Zündung und nacheingespritztem Kraftstoff ist zunächst der λ-Wert zwar jeweils ∞, jedoch kann sich der gesamte bzw. globale Abgaswert auf beispielsweise λ_global = 1,3 einstellen, was einen deutlichen Überschuss an Sauerstoff signalisiert.
4 zeigt ein Diagramm eines Vergleichs bei einem Betrieb mit Zündaktivierung aller Zylinder mit Block A und bei einem Betrieb mit Deaktivieren der Zündung einzelner Zylinder mit Block B. Während in Block A ein λ_global-Wert 1 für alle 4 Zylinder gehalten wird, ist in Block B von wenigstens einem Zylinder die Zündung deaktiviert, so dass sich ein globaler Wert von λ_global = 1,3 einstellt. Dieser Vergleich zeigt deutlich, dass die Partikelfiltertemperatur von B um 30% höher ist als von A. Daraus kann geschlossen werden, dass die Abschaltung bzw. Deaktivierung wenigstens eines Zylinders ein wirksames Mittel ist, die Regeneration des Partikelfilters eines Ottomotors mit Direkteinspritzung zu beschleunigen.
5 zeigt eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeugs 100 mit Otto-Motor 10 und mit einem Antriebsstrang 105. Eine Ausgangswelle des Antriebsstrangs 105 ist mit einem Rad 106 des Kraftfahrzeugs 100 verbunden ist. Der Antriebsstrang 105 ist über ein Getriebe 104 mit einer Kurbelwelle des Otto-Motors 10 verbunden. Der Otto-Motor 10 ist mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Otto-Kraftstoff zum Zylinder 11–14 und mit einer im Bereich des Zylinders 11–14 angeordneten Zündfunken-Einrichtung sowie mit einem im Bereich einer Abgasanlage 15 des Zylinders 11–14 angeordneten Partikelfilter 1 ausgestattet. Der Otto-Motor 10 ist so ausgebildet, daß beim Erreichen eines vorbestimmten Schwellwerts die Zündfunken-Einrichtung für einen vorbestimmten Zeitraum deaktivierbar ist. Während des vorbestimmten Zeitraums ist eine verminderte Menge des Otto-Kraftstoffs über den Zylinder 11–14 zum Partikelfilter 1 zuführbar, wobei ein Oxidationskatalysator 5 stromaufwärts vor dem Partikelfilter 1 und ein Schalldämpfer 109 nach dem Partikelfilter 1 angeordnet sind.
Obwohl zumindest eine beispielhafte Durchführungsform des Verfahrens in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannte Durchführungsform ist lediglich ein Beispiel und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich oder die Anwendbarkeit des Verfahrens in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Durchführungsform des Verfahrens zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Durchführung von in einer beispielhaften Durchführungsform beschriebenen Verfahrenselementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Partikelfilter
2: Einlassdrucksensor
3: Auslassdrucksensor
4: Abgaskanal
5: Oxidationskatalysator
6: Abgasrückführungsventil
7: Sensoren
8: Einlasstemperatursensor
9: Auslasstemperatursensor
10: Ottomotor
11: Zylinder
12: Zylinder
13: Zylinder
14: Zylinder
15: Abgassystem
16: Motorsteuerungsmodul Modul
17: Nacheinspritzsteuermodul
18: Zündung Deaktivierungsmodul
19: Luftfilter
20: Motorsystem
21: Turbolader
22: Luftkühler
23: Ansaugkrümmer
24: Abgaskrümmer
25: Turbine
26: λ-Sonde
30: Motorsteuerungsmodul
31: Einspritzeinrichtung
32: Einspritzeinrichtung
33: Einspritzeinrichtung
34: Einspritzeinrichtung
41: Zündeinrichtung
42: Zündeinrichtung
43: Zündeinrichtung
44: Zündeinrichtung
70: Umgebungstemperatursensor
71: Luftmassensensor
72: Krümmerdrucksensor
73: Umgebungsdrucksensor
74: Motordrehzahlsensor
75: Katalysatortemperatursensor
76: Abgasrückführungssensor
100: Kraftfahrzeug
104: Getriebe
105: Antriebsstrang
106: Rad
109: Schalldämpfer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010046666 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Regeneration eines ottomotorischen Partikelfilters (1), das den Verfahrensschritt der Deaktivierung einer Zündung wenigstens eines Zylinders (11–14) des Otto-Motors (10) unter Verminderung der Zufuhr von Otto-Kraftstoff in den betreffenden Zylinder bzw. in die betreffenden Zylinder aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zu einer Einstellung der Verminderung der Zufuhr von Otto-Kraftstoff, Betriebsparameter des Ottomotors (10) in Bezug auf eine Motordrehzahl (n), eine Katalysatortemperatur (T_K), eine Partikelfiltertemperatur (T_P) und einen λ-Wert des Luft/Kraftstoffverhältnisses erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Regeneration des ottomotorischen Partikelfilters (1), nach Erfassen eines Schwellenwerts einer Partikelanreicherung in dem ottomotorischen Partikelfilter (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Deaktivieren einer Zündung bei Unterschreiten eines Schwellenwerts der Katalysatortemperatur (ΔT_K) und gleichzeitigem Erreichen des Schwellenwerts einer Partikelanreicherung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für einen Otto-Motor mit Direkteinspritzung eine verminderte Kraftstoff-Einspritzmenge, die zeitlich verzögert in den wenigstens einen Zylinder (11–14) mit deaktivierter Zündung eingespritzt wird, mittels Anpassung einer Einspritzimpulslänge unter Überwachen eines zulässigen Regenerationstemperaturbereichs (ΔT_P) des Partikelfilters, variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von n Zylindern (11–14) eines Otto-Motors (10) mit Direkteinspritzung die Zündung von bis zu n – 1 Zylindern (11–14) deaktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verminderung der Zufuhr von Otto-Kraftstoff in den betreffenden Zylinder bzw. in die betreffenden Zylinder bei Otto-Motoren mit Direkteinspritzung durch Abschalten des Einspritzens erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einem Luft/Kraftstoffverhältnis für einen Abgaswert λ > 1 eines Verbrennungsmotorbetriebs mit deaktivierter Zündung wenigstens eines Zylinders (11–14) die Abgastemperatur im Partikelfilter (1) erhöht wird im Vergleich zu einem Verbrennungsmotorbetrieb ohne Deaktivieren der Zündungen der Zylinder bei stöchiometrischem Luft/Kraftstoffverhältnis mit einem Abgaswert λ = 1.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Erfassen eines Schwellenwerts einer Partikelanreicherung im Partikelfilter (1) eine Druckdifferenz zwischen einem Partikelfilter-Einlassdrucksensor (2) und einem Partikelfilter-Auslassdrucksensor (3) erfasst wird und bei Erreichen oder Überschreiten eines Druckdifferenzschwellwertes das Verfahren zur Regeneration des ottomotorischen Partikelfilters (1) durchgeführt wird.
Computerprogrammprodukt zur Regeneration eines ottomotorischen Partikelfilters (1), wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es auf einer Recheneinheit (ECM) eines Otto-Motors (10) ausgeführt wird, die Recheneinheit (ECM) anleitet, folgende Schritte auszuführen: – Deaktivieren einer Zündung wenigstens eines Zylinders (11–14) des Otto-Motors (10) – Vermindern der Zufuhr von Otto-Kraftstoff in den betreffenden Zylinder bzw. in die betreffenden Zylinder.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 10, das die Recheneinheit (ECM) anleitet, folgende weiterte Schritte auszuführen: – Erfassen eines Schwellenwerts einer Partikelanreicherung in dem ottomotorischen Partikelfilter (1); – Erfassen von Betriebsparametern des Otto-Motors (10) mit Direkteinspritzung in Bezug auf eine Motordrehzahl (n), eine Katalysatortemperatur (T_K), eine Partikelfiltertemperatur (T_P) und einen λ-Wert des Luft/Kraftstoffverhältnisses; – Verzögern des Einspritzungszeitpunktes, wenn der Schwellenwert der Partikelanreicherung erreicht oder überschritten wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweisend. – Mittel, die geeignet sind, ein Deaktivieren einer Zündung wenigstens eines Zylinders (11–14) des Otto-Motors (10) auszuführen; – Mittel, die geeignet sind, ein Vermindern der Zufuhr von Otto-Kraftstoff in den betreffenden Zylinder bzw. in die betreffenden Zylinder auszuführen:
Vorrichtung nach Anspruch 12 weiterhin umfassend: – Mittel, die geeignet sind, einen Schwellenwert einer Partikelanreicherung in einem Partikelfilter (1) zu erfassen; – Mittel, die geeignet sind, Betriebsparameter eines Otto-Motors (10) mit Direkteinspritzung in Bezug auf eine Motordrehzahl (n), eine Katalysatortemperatur (T_K), eine Partikelfiltertemperatur (T_P) und einen λ-Wert des Luft/Kraftstoffverhältnisses zu erfassen; – Mittel, die geeignet sind, eine Verzögerung des Einspritzungszeitpunktes durchzuführen, wenn der Schwellenwert der Partikelanreicherung erreicht oder überschritten wird.
Otto-Motor mit wenigstens einem Zylinder (11–14), mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Otto-Kraftstoff zum Zylinder (11–14), mit einer im Bereich des Zylinders (11–14) angeordneten Zündfunken-Einrichtung sowie mit einem im Bereich eines Auslasses des Zylinders (11–14) angeordneten Partikelfilter, wobei der Otto-Motor (10) so ausgebildet ist, daß beim Erreichen eines vorbestimmten Schwellwerts die Zündfunken-Einrichtung für einen vorbestimmten Zeitraum deaktivierbar ist, wobei während des vorbestimmten Zeitraums eine verminderte Menge des Otto-Kraftstoff über den Zylinder (11–14) zum Partikelfilter (1) zuführbar ist.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug (100) mit einem Otto-Motor (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kurbelwelle des Otto-Motors (10) mit einer Getriebeeingangswelle des Antriebsstrangs (105) verbunden ist.