DE102010046896B4 - System und Verfahren zum Regenerieren eines von einem Katalysator begleiteten Partikelfilters - Google Patents

System und Verfahren zum Regenerieren eines von einem Katalysator begleiteten Partikelfilters Download PDF

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Abstract

System zum Behandeln von Partikelmaterial eines Benzinmotors (10, 200), welches umfasst:einen Benzinmotor (10, 200) mit einer Abgasanlage (201);eine Vorrichtung (82, 230) mit mindestens einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter, die in der Abgasanlage (201) angeordnet ist, wobei dem Oxidationskatalysator ein Sauerstoffspeichermedium fehlt, wobei die Vorrichtung (82, 230) eine Nachbehandlungsvorrichtung ist, die sich am weitesten stromaufwärts in der Abgasanlage (201) befindet;einen Dreiwegekatalysator (80, 232), der in der Abgasanlage (201) stromabwärts der Vorrichtung (82, 230) angeordnet ist; undeinen ersten Sauerstoffsensor (178, 202), der in der Abgasanlage (201) an einer Stelle stromabwärts der Vorrichtung (82, 230) und stromaufwärts des Dreiwegekatalysators (80, 232) angeordnet ist, wobei der Sauerstoffsensor (178, 202) ein am weitesten stromaufwärts positionierter Sauerstoffsensor in der Abgasanlage (201) ist.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldungen
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität aus der vorläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 61/246,939 , mit dem Titel „PARTICULATE FILTER SYSTEM AND METHOD FOR REGENERATING“, eingereicht am 29. September 2009, deren Offenbarung hierin vollumfänglich und für alle Zwecke durch Verweis aufgenommen ist.
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet von Kraftfahrzeug-Schadstoffbegrenzungssystemen und -verfahren.
  • Hintergrund und Zusammenfassung
  • Benzinmotoren mit Direkteinspritzung bieten verbesserten Wirkungsgrad, da direkt in einen Zylinder eingespritzter Kraftstoff die Temperatur der Zylinderfüllung verringern kann. Dadurch kann verglichen mit einem gleichwertigen Zylinder, der saugrohreingespritzten Kraftstoff aufweist, zusätzliche Luft in einen Zylinder eindringen. Folglich können die Leistung und der Wirkungsgrad des Motors verbessert werden. Ferner können Benzinmotoren mit Direkteinspritzung eine verbesserte transiente Kraftstoffsteuerung aufweisen, da eine geringere Neigung des Kraftstoffs besteht, sich an einem Einlasskanal eines Zylinders eines Direkteinspritzmotors zu sammeln als bei einem Motor mit Saugrohreinspritzung. Motoren mit Direkteinspritzung können aber bei höherer Motordrehzahl und höheren Lastbedingungen Ruß erzeugen, da weniger Zeit verfügbar ist, um Kraftstoff in dem Zylinder zu zerstäuben. Dadurch kann es hilfreich sein, einen Partikelfilter in die Abgasanlage eines Motors mit Direkteinspritzung zu integrieren. Benzinmotoren umfassen solche Motoren, die mit reinem Benzin oder Benzingemischen oder anderen Kraftstoffen wie Alkoholen betrieben werden. Weiterhin sind auch andere in fremdgezündeten Motoren verwendete Kraftstoffe umfasst, beispielsweise Flüssigpropangas (LPG) oder komprimiertes Erdgas (CNG).
  • DE 11 2008 000 369 T5 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der als Grundsteuerung für ein Luft/Kraftstoffverhältnis eine Steuerung verwendet, die ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis liefert, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Teilchenfilter, der in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors angeordnet ist und der Feinteilchenmaterial, das im Abgas enthalten ist, einfängt; einen stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator, der in der Abgasleitung stromaufwärts vom Teilchenfilter angeordnet ist; einen stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator, der in der Abgasleitung stromabwärts vom Teilchenfilter angeordnet ist und der eine Sauerstoff-Speicherkapazität aufweist; einen O2-Nebensensor, der in der Abgasleitung stromabwärts vorn stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator angeordnet ist, um Informationen über ein Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases zu erhalten; und eine elektronische Steuereinheit, die als Rückkopplungsmittel dient, um eine Kraftstoff-Einspritzmenge auf der Basis der Ausgaben vom O2-Nebensensor zu korrigieren; wobei der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator keine Sauerstoff-Speicherkapazität aufweist oder eine geringere Sauerstoff-Speicherkapazität aufweist als der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator; und wobei der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator ein Katalysator ist, dem eine Sauerstoffmenge zugeführt wird, die vom Rückkopplungsmittel eingestellt wird.
  • In US 2009 / 0 193 796 wird ein System zum Behandeln von Abgasen eines Benzinmotors vorgestellt. In mehreren Ausführungsformen ist ein Dreiwegekatalysator von einem Partikelfilter gefolgt. Der Partikelfilter kann mit verschiedenen Kombinationen von Platin, Palladium und Rhodium beschichtet sein. Der beschichtete Partikelfilter kann die Oxidation von Ruß unterstützen, der von dem Partikelfilter gehalten wird. Es kann vorteilhaft sein, Benzinmotoremissionen mit einem Partikelfilter zu filtern, doch im Laufe der Zeit kann ein Partikelfilter eine so große Rußmenge ansammeln, dass diese durch Erhöhen des Gegendrucks in der Abgasanlage den Motorwirkungsgrad mindert. Die Schrift scheint wenig Handhabe zu geben, wie der Ruß aus einem Partikelfilter entfernt werden soll. Daher kann das in der Schrift beschriebene System im Laufe der Zeit ein Verschlechtern von Motorleistung hervorrufen. Ferner arbeiten die in der Schrift beschriebenen Dreiwegekatalysatoren bei höheren Wirkungsgraden, wenn in den Dreiwegekatalysator eindringende Gase nahe stöchiometrischen Bedingungen liegen. Bei stöchiometrischen Bedingungen kann es aber schwierig sein, einen Partikelfilter zu regenerieren. Umgekehrt kann der Partikelfilter magere Abgase für die Regeneration bevorzugen, doch kann sich der Umwandlungswirkungsgrad von NOx in einem Katalysator verschlechtern. Die Schrift scheint wenig Handhabe zum Beheben dieser Probleme zu bieten.
  • Die vorliegenden Erfinder haben ein System zum Behandeln von Partikelmaterial eines Benzinmotors entwickelt, welches umfasst: einen Benzinmotor mit einer Abgasanlage; eine Vorrichtung mit mindestens einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter, die in der Abgasanlage angeordnet ist, wobei dem Oxidationskatalysator ein Sauerstoffspeichermedium fehlt, wobei die Vorrichtung eine Nachbehandlungsvorrichtung ist, die sich am weitesten stromaufwärts in der Abgasanlage befindet; und einen Dreiwegekatalysator, der in der Abgasanlage stromabwärts der Vorrichtung angeordnet ist.
  • Die Steuerung von Motor-Luft/Kraftstoff kann bei einer Abgasanlage verbessert werden, die eine Vorrichtung mit einem Partikelfilter und einem Katalysator umfasst, wobei dem Katalysator ein Sauerstoffspeichermedium fehlt, indem ein Dreiwegekatalysator stromabwärts der Vorrichtung angeordnet wird. Erfindungsgemäß wird ein Sauerstoffsensor stromabwärts der Vorrichtung angeordnet, so dass dem Motor gelieferter Kraftstoff angepasst werden kann, um ein im Wesentlichen stöchiometrisches Gemisch zu dem stromabwärts befindlichen Katalysator zu liefern, um Katalysatorwirkungsgrad zu verbessern. Auf diese Weise ist es möglich, den Partikelfilter zu regenerieren, während weiterhin Motorabgase von HC, NOx, CO zu CO2 und H2O umgewandelt werden. In einer Ausführungsform kann Motorkraftstoff als Reaktion auf eine Abgassauerstoffkonzentration stromabwärts des Partikelfilters angepasst werden. Durch Aufweisen eines Partikelfilters, dem ein Sauerstoffspeichermedium fehlt, kann ein stromabwärts befindlicher Sauerstoffsensor eine Sauerstoffkonzentration in den Abgasen erfassen, die Motorabgasemissionen besser repräsentiert, wenn der Partikelfilter nicht regeneriert. Daher können Motorabgase angepasst werden, um den Umwandlungswirkungsgrad in einem stromabwärts befindlichen Dreiwegekatalysator zu verbessern.
  • Wenn der Partikelfilter regeneriert, kann ein Teil des Sauerstoffs in dem Abgasstrom verwendet werden, um von dem Partikelfilter gehaltenen Ruß zu oxidieren. Durch Erfassen der Sauerstoffkonzentration von Abgasen stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts des Dreiwegekatalysators kann ein Steuersystem automatisch Sauerstoff berücksichtigen, der während Partikelfilterregeneration verbraucht wird. Da im Einzelnen die Sauerstoffmenge in den Abgasen stromabwärts des Partikelfilters die Sauerstoffmenge wiedergibt, die von dem Partikelfilter während Regeneration verbraucht wird, müssen die Motorkraftstoffberechnungen nicht die Menge verbrauchten Sauerstoffs schätzen und der Motorkraftstoff kann einfach beruhend auf der stromabwärts des Partikelfilters ermittelten Sauerstoffkonzentration angepasst werden.
  • Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Insbesondere sieht die Beschreibung ein System vor, das eine während Regeneration eines Partikelfilters verbrauchte Sauerstoffmenge nicht berücksichtigen muss. Daher kann ein vereinfachtes System höherer Zuverlässigkeit konstruiert werden. Ferner sieht die vorliegende Beschreibung während des Regenerierend eines Partikelfilters das Betreiben eines Motors bei im Wesentlichen stöchiometrischen Bedingungen vor. Das Betreiben eines Motors nahe stöchiometrischen Bedingungen während Partikelfilterregeneration kann Motoremissionen verbessern, da Dreiwegekatalysatoren Abgase nahe stöchiometrischen Bedingungen effizient umwandeln.
  • Die vorstehenden Vorteile sowie andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung allein genommen oder in Verbindung mit den Begleitzeichnungen ohne Weiteres hervor.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Zusammenfassung vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, welche in der eingehenden Beschreibung weiter beschrieben werden. Es sollen keine wesentlichen oder Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands festgestellt werden, dessen Umfang einzig und allein durch die der eingehenden Beschreibung folgenden Ansprüche festgelegt ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen beschränkt, welche vorstehend oder in einem Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile lösen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Benzinmotors mit Direkteinspritzung;
    • 2a zeigt ein Schaubild einer beispielhaften Abgasanlagenkonfiguration;
    • 2b zeigt ein Schaubild einer beispielhaften Abgasanlagenkonfiguration;
    • 2c zeigt ein Schaubild einer beispielhaften Abgasanlagenkonfiguration;
    • 3 zeigt ein Schaubild einer beispielhaften Abgasanlagenkonfiguration;
    • 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Kraftstoffsteuerverfahrens zum Regenerieren eines Partikelfilters für einen Benzinmotor;
    • 5 zeigt ein Flussdiagramm des verbleibenden Teils eines in 4 gezeigten Kraftstoffsteuerverfahrens;
    • 6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erhöhen der Temperatur eines Partikelfilters für einen Benzinmotor;
    • 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Regenerieren eines Partikelfilters während Betreiben eines Benzinmotors in einem Schubabschaltungsmodus oder in einem Modus mit veränderlichem Hubvolumen;
    • 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Benzinmotors während Regenerieren eines Partikelfilters; und
    • 9 zeigt eine beispielhafte grafische Darstellung von Luft/Kraftstoff-Anpassungen des Zylinders und von Sauerstoffkonzentration des Abgases stromabwärts eines Partikelfilters.
  • Eingehende Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Benzinmotorsystems mit Direkteinspritzung allgemein bei 10. Im Einzelnen umfasst der Verbrennungsmotor 10 mehrere Zylinder, wovon ein Zylinder in 1 gezeigt ist. Der Motor 10 wird durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Motor 10 umfasst einen Brennraum 14 und Zylinderwände 16 mit einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 20 verbundenen Kolben 18. Der Brennraum 14 steht mittels eines jeweiligen Einlassventils 26 und Auslassventils 28 mit einem Ansaugkrümmer 22 und einem Abgaskrümmer 24 in Verbindung.
  • Der Ansaugkrümmer 22 steht mittels einer Drosselklappe 32 mit einem Drosselstutzen 30 in Verbindung. In einer Ausführungsform kann eine elektronisch gesteuerte Drossel verwendet werden. In einer Ausführungsform kann eine elektronisch gesteuerte Drossel verwendet werden. In einer Ausführungsform wird die Drossel elektronisch gesteuert, um regelmäßig oder ständig einen festgelegten Unterdruckwert in dem Ansaugkrümmer 22 zu halten. Zu beachten ist, dass in manchen Anwendungen der Drosselstutzen 30 und die Drosselklappe 32 an einer Stelle stromabwärts einer Kompressionsvorrichtung 90 angeordnet sein können. Alternativ kann auf einen Drosselstutzen 30 und eine Drosselklappe 32 verzichtet werden.
  • Der Brennraum 14 ist ebenfalls mit einer damit verbundenen Kraftstoffeinspritzvorrichtung 37 zum Liefern von Kraftstoff proportional zu der Pulsweite des Signals (fpw) von dem Steuergerät 12 gezeigt. Der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 37 wird durch eine (nicht gezeigte) herkömmliche Kraftstoffanlage, die einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr (nicht gezeigt) umfasst, Kraftstoff geliefert. Im Fall von Direkteinspritzmotoren wird, wie in 1 gezeigt, eine Hochdruck-Kraftstoffanlage verwendet, beispielsweise eine Common-Rail-Anlage.
  • Eine Zündkerze 34 sieht eine Zündquelle für den Inhalt des Brennraums 14 vor. Energie zum Erzeugen eines Zündfunken wird durch das Zündsystem 35 vorgesehen. Das Steuergerät 12 passt das Laden der Zündspule an, die der Zündkerze 34 elektrische Spannung liefert.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist das Steuergerät 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer und umfasst einen Mikroprozessor 40, Input/Output-Ports 42, einen elektronischen Speicher 44, der in diesem bestimmten Beispiel ein elektronisch programmierbarer Speicher sein kann, einen Arbeitsspeicher 46 und einen herkömmlichen Datenbus.
  • Das Steuergerät 12 empfängt verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, einschließlich aber nicht ausschließlich: Messungen des eingelassenen Luftmassenstroms (MAF) von einem Luftmengenmesser 50, der mit dem Luftfilter [A in 1] gekoppelt ist; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 54 verbundenen Temperaturfühler 52; eine Messung von Krümmerdruck (MAP) von einem mit dem Ansaugkrümmer 22 gekoppelten Krümmerdrucksensor 56; eine Messung der Drosselstellung (TP) von einem mit der Drosselklappe 32 gekoppelten Drosselstellungssensor 58; und ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 20 verbundenen Hallgeber 60 (oder Sensor mit veränderlichem magnetischen Widerstand), das Motordrehzahl anzeigt.
  • Der Motor 10 kann ein System für Abgasrückführung (AGR) umfassen, um zum Senken von NOx und anderen Emissionen beizutragen. Der Motor 10 kann zum Beispiel ein Hochdruck-AGR-System umfassen, bei dem durch ein Hochdruck-AGR-Rohr 70, das mit dem Abgaskrümmer 24 an einer Stelle stromaufwärts einer Abgasturbine 90a einer Kompressionsvorrichtung 90 in Verbindung steht und mit dem Ansaugkrümmer 22 an einer Stelle stromabwärts eines Einlasskompressors 90b der Kompressionsvorrichtung 90 in Verbindung steht, dem Ansaugkrümmer 22 Abgas geliefert wird. Das gezeigte Hochdruck-AGR-System umfasst eine Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72, die sich in dem Hochdruck-AGR-Rohr 70 befindet. Abgas strömt von dem Abgaskrümmer 24 zuerst durch die Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 und dann zu dem Ansaugkrümmer 22. Ein AGR-Kühler [in 1 bei Y gezeigt] kann in dem Hochdruck-AGR-Rohr 70 angeordnet sein, um rückgeführte Abgase zu kühlen, bevor sie in den Ansaugkrümmer eindringen. Das Kühlen erfolgt typischerweise mit Hilfe von Motorwasser, doch kann auch ein Luft/Luft-Wärmetauscher verwendet werden.
  • Der Motor 10 kann auch ein Niederdruck-AGR-System umfassen. Das dargestellte Niederdruck-AGR-System umfasst ein Niederdruck-AGR-Rohr 170, das mit dem Abgaskrümmer 24 an einer Stelle stromabwärts der Abgasturbine 90a in Verbindung steht und mit dem Ansaugkrümmer 22 an einer Stelle stromaufwärts des Einlasskompressors 90b in Verbindung steht. In dem Niederdruck-AGR-Rohr 170 ist eine Niederdruck-Ventilanordnung 172 angeordnet. Abgas in dem Niederdruck-AGR-Kreis strömt von der Turbine 90a durch eine Nachbehandlungsvorrichtung 82 (zum Beispiel einen Partikelfilter, der einen Dreiwegekatalysator umfasst, der aus einem Platin, Palladium und Rhodium umfassenden Washcoat bestehen kann) und eine Nachbehandlungsvorrichtung 80, bevor es in das Niederdruck-AGR-Rohr 170 eindringt. Die Nachbehandlungsvorrichtung 82 bereitet Motorabgase auf, um zum Beispiel Ruß zurückzuhalten und Abgasbestandteile zu oxidieren. In der folgenden Beschreibung und den Figuren werden weitere Abgasanlagenkonfigurationen beschrieben. Ein Niederdruck-AGR-Kühler Ya kann entlang des Niederdruck-AGR-Rohrs 170 positioniert sein.
  • Zu beachten ist, dass im Kontext dieser Beschreibung eine Nachbehandlungsvorrichtung verschiedene Arten von Katalysatoren umfassen kann, einschließlich Oxidationskatalysatoren, SCR-Katalysatoren, einen katalysierten Partikelfilter (z.B. einen einheitlichen, zonenbeschichteten oder geschichteten katalysierten Filter), Dreiwegekatalysatoren, und weiterhin Partikelfilter, Kohlenwasserstofffallen und NOx-Fallen umfasst, aber nicht Sensoren und Aktuatoren wie zum Beispiel Sauerstoffsensoren, NOx-Sensoren oder Partikelsensoren umfasst. Einige spezifische Beispiele von Nachbehandlungskonfigurationen können beispielhaft expliziert angeführt werden.
  • Die Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 und die Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172 weist jeweils ein (nicht gezeigtes) Ventil zum Steuern einer veränderlichen Flächenbeschränkung im Hochdruck-AGR-Rohr 70 und Niederdruck-AGR-Rohr 170 auf, die dadurch das Strömen von Hoch- bzw. Niederdruck-AGR steuert.
  • Unterdruckregler 74 und 174 sind mit der Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72, der Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172 verbunden. Die Unterdruckregler 74 und 174, empfangen von dem Steuergerät 12 Betätigungssignale zum Steuern der Ventilstellungen der Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72, der Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 und die Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172 unterdruckbetätigte Ventile. Es kann aber jede Art von Stromsteuerventil oder Stromsteuerventilen verwendet werden, beispielsweise ein elektrisches magnetbetriebenes Ventil oder ein durch einen Schrittmotor betriebenes Ventil.
  • Die Kompressionsvorrichtung 90 kann ein Turbolader oder eine beliebige andere derartige Vorrichtung sein. Die dargestellte Kompressionsvorrichtung 90 weist eine in dem Abgaskrümmer 24 verbaute Turbine 90a und einen Kompressor 90b auf, der in dem Ansaugkrümmer 22 mittels eines Zwischenkühlers [in 1 bei X gezeigt] angeschlossen ist, der typischerweise ein Luft/Luft-Wärmetauscher ist, aber wassergekühlt sein könnte. Die Turbine 90a ist typischerweise mittels einer Antriebswelle 92 mit dem Kompressor 90b verbunden. (Dies könnte auch eine sequentielle Turboladeranordnung, ein Einzel-VGT, Doppel-VGTs oder eine beliebige andere Anordnung von Turboladern sein, die verwendet werden könnten).
  • Die in der Abgasanlage vorhandene Sauerstoffkonzentration kann von Sauerstoffsensoren 175, 178 und 176 beurteilt werden. Ferner können (nicht gezeigte) zusätzliche Sauerstoffsensoren oder weniger Sauerstoffsensoren an verschiedenen Stellen in der Abgasanlage platziert werden, wie hierin beschrieben wird. Der Sauerstoffsensor 175 erfasst Motorabgas-Sauerstoffkonzentration, während der Sauerstoffsensor 178 Abgassauerstoff stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 82 erfasst. Sauerstoffsensoren können Sensoren mit breitem Bereich sein, die einen linearisierten Ausgang aufweisen, oder sie können Sensoren sein, die nahe stöchiometrischen Bedingungen ein Signal hoher Verstärkung anzeigen.
  • Weiterhin ist ein Fahrpedal 94 entlang eines Fahrerfußes 95 gezeigt. Ein Pedalstellungssensor (pps) 96 misst die Winkelstellung des vom Fahrer betätigten Pedals. Es versteht sich, dass der dargestellte Motor 10 nur als Beispiel gezeigt ist und dass die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren in jedem anderen geeigneten Motor implementiert oder angewendet werden können, der geeignete Komponenten und/oder eine geeignete Anordnung von Komponenten aufweist.
  • Unter Bezug nun auf 2a ist ein Schaubild einer beispielhaften Abgasanlagenkonfiguration gezeigt. Die Abgasanlage 201 besteht aus einer Nachbehandlungsvorrichtung 230, die aus einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter ohne ein Sauerstoffspeichermedium (z.B. Ceroxid) besteht. Alternativ kann die Nachbehandlungsvorrichtung 230 in manchen Anwendungen aus einem Partikelfilter oder einem einheitlichen, zonenbeschichteten oder geschichteten katalysierten Partikelfilter bestehen, wobei dem Filter ein Sauerstoffspeichermedium fehlt. Die Nachbehandlungsvorrichtung 230 ist an der weitesten stromaufwärts liegenden Stelle 230, stromabwärts des Motors 200, gezeigt. Ein Sauerstoffsensor 202 befindet sich stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 230 und stromaufwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 232. Die Nachbehandlungsvorrichtung 232 kann zum Beispiel aus einem Dreiwegekatalysator bestehen. Ein Sauerstoffsensor 204 befindet sich stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 232.
  • In der Ausführungsform von 2a berücksichtigt der Sauerstoffsensor 202 vorteilhafterweise Motorabgassauerstoff, der verbraucht wird, wenn in dem Partikelfilter 230 Ruß verbrannt wird. Wenn der Partikelfilter 230 unter der Oxidationstemperatur von Ruß liegt, zeigt der Sauerstoffsensor 202 die Rohemissionsabgas-Sauerstoffkonzentration an. Dagegen zeigt der Sauerstoffsensor 202 die Sauerstoffkonzentration, die in die Nachbehandlungsvorrichtung 232 eindringt, unabhängig davon an, ob von dem Partikelfilter 230 gehaltener Ruß verbrannt wird oder nicht.
  • Durch Erfassen des Sauerstoffs in einem Motorabgas ist es möglich, zu ermitteln, ob ein Motor ein fettes oder mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt. Ferner ist es durch Erfassen von Abgasen, die in eine Nachbehandlungsvorrichtung eindringen, möglich, den Betrieb der Nachbehandlungsvorrichtung zu schätzen und zu steuern. In der bestimmten Konfiguration von 2a sieht ein Sauerstoffsensor 202 einen Hinweis auf in die Nachbehandlungsvorrichtung 232 eindringenden Sauerstoff vor. Weiterhin erfasst der Sauerstoffsensor 202 Sauerstoff in Motorabgasen, wenn in der Nachbehandlungsvorrichtung 230 gehaltener Ruß nicht oxidiert wird. Wenn dagegen Ruß durch die Nachbehandlungsvorrichtung 230 oxidiert wird, ist keine Schätzung von oxidiertem Ruß erforderlich, um die Sauerstoffmenge zu ermitteln, die in die stromabwärts befindliche Nachbehandlungsvorrichtung 232 eindringt. Daher kann die dem Motor 200 gelieferte Kraftstoffmenge so angepasst werden, dass die Nachbehandlungsvorrichtung nahezu stöchiometrischen Abgasen ausgesetzt ist, ohne dass geschätzt werden muss, wie viel Sauerstoff durch Rußoxidation verbraucht wird. Wenn zum Beispiel Ruß oxidiert wird und der Sauerstoffsensor 202 ein mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch anzeigt, kann der Motorkraftstoff erhöht werden, so dass die Sauerstoffkonzentration, die in die stromabwärts befindliche Nachbehandlungsvorrichtung eindringt, bei einem stöchiometrischen Wert liegt. Wenn umgekehrt Ruß oxidiert wird und der Sauerstoffsensor 202 ein fettes Luft/Kraftstoff-Gemisch anzeigt, kann Motorkraftstoff verringert werden. Wenn somit Sauerstoff aus dem Motorabgas an der Oxidation von Ruß beteiligt ist, der von der Nachbehandlungsvorrichtung 230 gehalten wird, kann Motorkraftstoff so angepasst werden, dass die stromabwärts befindliche Nachbehandlungsvorrichtung 232 einer erwünschten Sauerstoffmenge ausgesetzt wird.
  • Zu beachten ist auch, dass der Sauerstoffsensor 202 verwendet werden kann, um zu ermitteln, ob andere Abgasbestandteile ansteigen oder sinken. Nahe stöchiometrischen Bedingungen kann zum Beispiel eine steigende Sauerstoffmenge steigendes NOx anzeigen, während eine sinkende Sauerstoffkonzentration erhöhte HC- und CO-Emissionen anzeigen kann.
  • Der stromabwärts befindliche Sauerstoffsensor 204 kann verwendet werden, um den Zustand der Nachbehandlungsvorrichtung anzuzeigen oder zu folgern. Wenn in einem Beispiel der Sauerstoffsensor 204 eine magere Bedingung anzeigt, kann ein dem Motor 200 zugeführtes Luft/Kraftstoff-Gemisch angereichert werden, so dass die Nachbehandlungsvorrichtung 232 zu stöchiometrischen Bedingungen zurückgebracht werden kann. Wenn in einem anderen Beispiel der Sauerstoffsensor 204 eine fette Bedingung anzeigt, kann ein dem Motor 200 zugeführtes Luft/Kraftstoff-Gemisch abgemagert werden, so dass die Nachbehandlungsvorrichtung 232 zu stöchiometrischen Bedingungen zurückgebracht werden kann. Auf diese Weise kann ein einem Motor zugeführtes Luft/Kraftstoff-Gemisch angepasst werden, um die Leistung einer Nachbehandlungsvorrichtung (z.B. eines Partikelfilters), die sich stromaufwärts in einer Abgasanlage befindet, zu verbessern und zu berücksichtigen, während gleichzeitig ein effizienter Betrieb einer stromabwärts befindlichen Nachbehandlungsvorrichtung (z.B. eines Dreiwegekatalysators) beibehalten wird.
  • Unter Bezug nun auf 2b ist ein Schaubild einer beispielhaften Konfiguration einer Abgasanlage gezeigt. Ein stromaufwärts befindlicher Sauerstoffsensor 206 erfasst die Motorabgase von Motor 200 direkt. Die am weitesten stromaufwärts befindliche Nachbehandlungsvorrichtung 240 kann aus einem Partikelfilter und einem Dreiwegekatalysator bestehen. Ein Sauerstoffsensor 208 erfasst Abgase, die von der Nachbehandlungsvorrichtung 240 aufbereitet wurden. Durch Vorsehen eines Sauerstoffsensors stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 240 können gegenüber einem System, das bei 206 einen einzigen Sauerstoffsensor vorsieht, oder einem System, das bei 208 einen einzigen Sauerstoffsensor vorsieht, Vorteile verwirklicht werden. Zum Beispiel können Motorabgasemissionen direkt von dem Sauerstoffsensor 206 erfasst werden, während Sauerstoff, der in dem Dreiwegekatalysator-Abschnitt der Nachbehandlungsvorrichtung 240 genutzt oder gespeichert wird, von dem Sauerstoffsensor 208 beobachtbar ist. Zudem erfasst der Sauerstoffsensor 208 die Verringerung von Abgassauerstoff, wenn in dem Partikelfilterabschnitt der Nachbehandlungsvorrichtung 240 Ruß verbrannt wird. Dadurch kann der Ausgang der Sensoren 206 und 208 verglichen werden, um zu ermitteln, wann der Katalysatorabschnitt der Nachbehandlungsvorrichtung anspringt (z.B. kann Anspringen durch die Fähigkeit des Katalysators, Sauerstoff umzuwandeln, angezeigt werden) und wann die Rußoxidation in dem Partikelfilter beginnt. Die durch die stromaufwärts befindliche Nachbehandlungsvorrichtung tretende Sauerstoffkonzentration kann zum Beispiel von der in die stromaufwärts befindliche Nachbehandlungsvorrichtung eindringenden Sauerstoffmenge subtrahiert werden. Wenn die Sauerstoffkonzentration von einem Grundwert von Sauerstoffnutzung abweicht, kann ermittelt werden, dass der Katalysator aktiviert wurde (z.B. liegt Katalysatoranspringen vor) oder dass Ruß in dem Partikelfilter verbrannt wird. Da der Katalysator bei niedrigeren Temperatur als der Temperatur, bei der Ruß zu oxidieren beginnt, zu aktivieren beginnt, ist es möglich, Sauerstoffkonzentrationen stromaufwärts und stromabwärts einer Vorrichtung zu überwachen, die als Katalysator und Partikelfilter dient, und zu ermitteln, wann Katalysatoranspringen eintritt und wann Rußoxidation eintritt. In einem ersten Temperaturbereich des Partikelfilters kann zum Beispiel die Sauerstoffkonzentration stromabwärts einer Nachbehandlungsvorrichtung von der Sauerstoffkonzentration stromaufwärts der Nachbehandlungsvorrichtung subtrahiert werden, und die Differenz kann durch erfasste Sauerstoffspeicherung Katalysatoranspringen anzeigen. In einem zweiten Temperaturbereich, der höher als der erste Temperaturbereich ist, kann die Sauerstoffkonzentration stromabwärts einer Nachbehandlungsvorrichtung von der Sauerstoffkonzentration stromaufwärts der Nachbehandlungsvorrichtung subtrahiert werden, und die Differenz kann anzeigen, wann Ruß in einer Nachbehandlungsvorrichtung zu oxidieren beginnt.
  • Die stromabwärts befindliche Nachbehandlungsvorrichtung 242 kann in der gezeigten Konfiguration aus einem Dreiwegekatalysator bestehen. Und der stromabwärts befindliche Sauerstoffsensor 212 kann verwendet werden, um den Zustand der stromabwärts befindlichen Nachbehandlungsvorrichtung 242 anzuzeigen. Weiterhin kann die Kombination von Sauerstoffsensoren 208 und 212 noch mehr Informationen bezüglich des Zustands der Nachbehandlungsvorrichtung 242 vorsehen. Zum Beispiel kann die Ausgabe des Sauerstoffsensors 212 von der Ausgabe des Sauerstoffsensors 208 subtrahiert werden, um die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Nachbehandlungsvorrichtung 242 zu ermitteln. Insbesondere sieht die Differenz des von dem Sauerstoffsensor 208 und dem Sauerstoffsensor 212 erfassten Sauerstoffs bei Wechsel des Zustands der Nachbehandlungsvorrichtung 242 von fett zu mager, die Differenz der von den Sauerstoffsensoren 212 und 208 erfassten Sauerstoffkonzentration einen Hinweis auf die Sauerstoffspeicherkapazität der Nachbehandlungsvorrichtung 242 vor.
  • In einer Ausführungsform können Teile des von der Nachbehandlungsvorrichtung 240 gehaltenen Rußes durch wiederholtes Wechseln der Nachbehandlungsvorrichtung 240 zwischen fetten und mageren Abgasbedingungen oxidiert werden, während Sauerstoff in der Nachbehandlungsvorrichtung 240 abgebaut und wiederhergestellt wird, ohne dass die Gesamtspeicherkapazität der Nachbehandlungsvorrichtung 242 wesentlich abgebaut oder wiederhergestellt wird. Zum Beispiel kann der einem Motor zugeführte Kraftstoff um die Stöchiometrie moduliert werden, so dass mindestens ein Zylinder des Motors ein Luft/KraftstoffGemisch verbrennt, das unter- oder überstöchiometrisch ist. Die Frequenz, der Arbeitszyklus und der Grad an Fettheit oder Magerkeit kann verändert werden, um das verbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch zu modulieren, wodurch die Sauerstoffkonzentration des Abgases moduliert wird. Die Konfiguration von 2b ermöglicht es, den Zustand der Nachbehandlungsvorrichtung 204 zwischen einer Sauerstoffkonzentration, die über stöchiometrischen Bedingungen liegt, und einer Sauerstoffkonzentration, die unter stöchiometrischen Bedingungen liegt, zu wechseln. Gleichzeitig kann der Zustand der Nachbehandlungsvorrichtung 242 überwacht werden, so dass dem Motor zugeführter Kraftstoff so angepasst wird, dass die Sauerstoffspeicherkapazität der Nachbehandlungsvorrichtung 242 nicht wesentlich abgebaut oder gefüllt wird. Zum Beispiel kann die Sauerstoffspeichermenge nahe 50% der Sauerstoffspeicherkapazität der Nachbehandlungsvorrichtung 242 gehalten werden; oder die Sauerstoffspeichermenge kann in einem Bereich von 20% - 80%, vorzugsweise 40% - 60% der Sauerstoffspeicherkapazität gehalten werden.
  • In einer anderen Ausführungsform kann der Sauerstoffsensor 208 aus dem System von 2b entfernt sein. Wenn der Sauerstoffsensor 208 entfernt ist, können die Motorkraftstoffanpassungen auf den Sauerstoffsensoren 206 und 212 beruhen. In einer Ausführungsform kann die in die Nachbehandlungsvorrichtung 242 eindringende Sauerstoffmenge durch ein Modell geschätzt werden, das Rußansammlung und Rußoxidation schätzt. Rußansammlung kann als Masse aus empirisch ermittelten Testergebnissen modelliert werden. Zum Beispiel kann die von einem Motor bei unterschiedlichen Motordrehzahlen und Lasten ausgestoßene Rußmenge in einer Tabelle oder Funktion gespeichert werden. Bei Betrieb des Motors kann die Tabelle beruhend auf vorliegenden Motordrehzahl und Last abgefragt werden, um die Rußmenge zu ermitteln, die zu einem Partikelfilter der Abgasanlage gelenkt wird. Analog kann die Oxidationsrate von Ruß in ähnlicher Weise aus Sauerstoffkonzentration des Motorabgases und Partikelfiltertemperatur geschätzt werden. Durch Kennen der Sauerstoffkonzentration von Abgasen, die in die Nachbehandlungsvorrichtung 240 eindringen, können die Sauerstoffspeicherkapazität der Nachbehandlungsvorrichtung 240, die Oxidationsrate von Ruß der Nachbehandlungsvorrichtung 240 und die von der Nachbehandlungsvorrichtung 240 gespeicherte Rußmenge, die in die Nachbehandlungsvorrichtung 242 eindringende Sauerstoffmenge geschätzt werden. Wenn die in der Nachbehandlungsvorrichtung 242 gespeicherte Menge geschätzten Sauerstoffs unter einem Schwellenwert liegt oder einen Schwellenwert übersteigt, kann der Motorkraftstoff hin zu fett oder mager angepasst werden, um die Nachbehandlungsvorrichtung 242 zu einer erwünschten Menge von gespeichertem Sauerstoff zurückzuführen.
  • Der Sauerstoffsensor 212 sieht Sauerstoffkonzentrationsinformationen von stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 242 vor, so dass Motorkraftstoff als Reaktion auf eine beobachtbare Sauerstoffkonzentration angepasst werden kann. Wenn zum Beispiel der Sauerstoffsensor 212 einen mageren Zustand anzeigt, wird der Kraftstoff zu dem Motor erhöht, um Sauerstoff in den Abgasen zu verringern. Wenn der Sauerstoffsensor 212 eine fette Bedingung anzeigt, wird der Kraftstoff zu dem Motor verringert, um Sauerstoff in den Abgasen zu erhöhen.
  • Unter Bezug nun auf 2c ist ein Schaubild einer beispielhaften Abgasanlagenkonfiguration gezeigt. Ein Sauerstoffsensor 220 erfasst Abgase vom Motor 200 direkt. Ein Dreiwegekatalysator 250 oxidiert und reduziert Abgasbestandteile, bevor Abgase zu einem Partikelfilter 252 strömen. Ein Sauerstoffsensor 222 erfasst Abgase, die durch den Dreiwegekatalysator 250 und den Partikelfilter 252 getreten sind. Ein Dreiwegekatalysator 254 bereitet weiterhin unerwünschte Abgase, die durch den Dreiwegekatalysator 250 und den Partikelfilter 252 getreten sind, auf. Ein stromabwärts befindlicher Sauerstoffsensor 224 erfasst Sauerstoff, der durch die stromaufwärts befindlichen Katalysatoren und den Partikelfilter getreten sind.
  • Das System von 2c arbeitet ähnlich wie das in 2b gezeigte System. Jedoch sind der Dreiwegekatalysator 250 und der Partikelfilter 252 getrennte Komponenten, so dass die Volumina jeder Komponente verändert werden können, ohne dass unbedingt das Volumen der anderen Komponente verändert werden muss. In einem Beispiel ist das Volumen des Dreiwegekatalysators kleiner als das halbe Volumen des Partikelfilters 252 oder des Dreiwegekatalysators 254. Durch Verringern des Volumens des Dreiwegekatalysators kann der Katalysator schneller anspringen, da weniger Masse erhitzt werden muss, bevor der Dreiwegekatalysator Betriebstemperatur erreicht. Der Sauerstoffsensor 220 bietet die gleichen Funktionen und wird in ähnlicher Weise wie Sauerstoffsensor 206 genutzt. Der Sauerstoffsensor 222 liefert Sauerstoffkonzentrationsinformationen der Abgase, die von dem Dreiwegekatalysator 250 aufbereitet wurden. Der Sauerstoffsensor 224 liefert Sauerstoffkonzentrationsinformationen der Abgase, die bei der Oxidation von Ruß genutzt wurden. Durch Vorsehen von Sauerstoffsensoren stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters wird eine gemessene Unterscheidung zwischen Sauerstoffspeicherkapazität des am weitesten stromaufwärts befindlichen Katalysators und der Sauerstoffnutzung während Rußoxidation vorgesehen. Und schließlich bietet der Sauerstoffsensor 226 die gleichen Funktion und wird in ähnlicher Weise wie der vorstehend beschriebene Sauerstoffsensor 212 genutzt.
  • Unter Bezug nun auf 3 ist ein Schaubild einer beispielhaften Abgasanlagenkonfiguration gezeigt. Stromaufwärts befindliche Sensoren 302 und 304 erfassen Motorabgase direkt von verschiedenen Zylinderreihen des Motors 300. Die am weitesten stromaufwärts befindlichen Dreiwegekatalysatoren 320 und 322 befinden sich stromaufwärts des Partikelfilters 324. Ein Sauerstoffsensor 306 erfasst Abgase, die von den Dreiwegekatalysatoren 320 und 322 aufbereitet wurden. Insbesondere werden Abgase von zwei Zylinderreihen vereint und dem Partikelfilter 324 zugeführt, bevor sie den Sauerstoffsensor 306 erreichen. Der Sauerstoffsensor 306 befindet sich stromabwärts des Partikelfilters 324 und stromaufwärts des Dreiwegekatalysators 326. Der Sauerstoffsensor 306 liefert einen Hinweis auf Sauerstoffkonzentration, die mit beiden Zylinderreihen des Motors 300 in Verbindung steht. Wenn in einem Beispiel der Sauerstoffsensor 306 eine höhere in der Abgasanlage vorhandene Sauerstoffkonzentration beobachtet, wird die Zylinderreihe, die ein Verbrennen eines magereren Luft/Kraftstoff-Gemisches anzeigt, angereichert, um die Abgaskonzentration näher zu einem stöchiometrischen Gemisch zu bringen. Analog zu Sensor 224 von 2c kann ein stromabwärts befindlicher Sauerstoffsensor 308 verwendet werden, um die den Zylindern des Motors 300 gelieferte Kraftstoffmenge anzupassen. Insbesondere liefert der Sauerstoffsensor 308 Sauerstoffkonzentrationsinformationen von stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 326, so dass Motorkraftstoff zu jeder Zylinderreihe als Reaktion auf eine durch den stromabwärts befindlichen Sensor 308 beobachtbare Sauerstoffkonzentration angepasst wird. Wenn der Sauerstoffsensor 308 zum Beispiel eine magere Bedingung anzeigt, wird der Kraftstoff zu der Motorzylinderreihe, die das magerste Gemisch aufweist, was bei Sauerstoffsensor 302 oder 304 erfasst wird, angehoben. Wenn der Sauerstoffsensor 308 eine fette Bedingung anzeigt, wird der Kraftstoff zu dem Motor zu der Motorzylinderreihe verringert, die das fetteste Gemisch aufweist, was bei Sauerstoffsensor 302 oder 304 erfasst wird.
  • Unter Bezug nun auf 4 ist ein Flussdiagramm eines Teils eines Kraftstoffsteuerverfahrens zum Regenerieren eines Partikelfilters für einen Benzinmotor gezeigt. Bei 402 werden Motorbetriebsbedingungen von Sensoren und Aktuatoren ermittelt. In einem Beispiel ermittelt die Routine 400 Motortemperatur, Umgebungstemperatur, den Druckabfall über einem Partikelfilter oder einer Nachbehandlungsvorrichtung, die Zeit seit Motorstart, Motorlast, Motordrehmomentforderung, Temperatur eines Katalysators stromabwärts eines Partikelfilters, Motordrehzahl und eine zu dem Motor eingelassene Luftmenge. In anderen beispielhaften Ausführungsformen können beruhend auf spezifischen Aufgaben zusätzliche oder weniger Betriebsbedingungen ermittelt werden. Nach dem Ermitteln von Motorbetriebsbedingungen rückt die Routine 400 zu 404 vor.
  • Bei 404 werden eine von einem Partikelfilter gehaltene Rußmenge sowie eine Rußoxidationsrate ermittelt. Wie vorstehend erläutert kann die Rußansammlung als Masse aus empirisch ermittelten Testergebnissen modelliert werden. In dieser Ausführungsform kann die von einem Motor bei unterschiedlichen Motordrehzahlen und Lasten ausgestoßene Rußmenge in einer Tabelle oder Funktion gespeichert werden. Wenn der Motor arbeitet, kann die Tabelle beruhend auf vorliegender Motordrehzahl und Last abgefragt werden, um die zu einem Partikelfilter der Abgasanlage geleitete Rußmenge zu ermitteln. Analog kann die Oxidationsrate von Ruß in ähnlicher Weise aus Motorabgas-Sauerstoffkonzentration und Partikelfiltertemperatur geschätzt werden. Zum Beispiel kann eine Tabelle, die Oxidationsraten von Ruß enthält, nach Partikelfiltertemperatur und Massendurchsatz von Sauerstoff zu dem Filter indiziert sein. Wenn die Rußoxidationsrate die Rußspeicherrate übersteigt, wird der Partikelfilter als eine Regeneration durchlaufend betrachtet, da ein Teil der Rußspeicherkapazität durch die Oxidation von Ruß frei gemacht wird. Dann rückt die Routine 400 zu 406 vor.
  • Bei 406 entscheidet die Routine 400, ob eine Regeneration eines Partikelfilters ausgelöst werden soll oder nicht. In einer Ausführungsform trifft die Routine 400 die Entscheidung beruhend auf dem Druckabfall über einem Partikelfilter. In einer anderen Ausführungsform kann die Routine 400 als Reaktion auf ein Modell entscheiden, den Partikelfilter zu regenerieren. Zum Beispiel kann ein Rußansammlungsmodell, das die von einem Motor erzeugte Rußmenge schätzt, die Grundlage zum Regenerieren eines Partikelfilters sein. Wenn die geschätzte Rußmenge einen Schwellenwert übersteigt, wird eine Partikelfilterregeneration ausgelöst. Wenn dagegen ein Druck über dem Partikelfilter von einem Sensor oder einem Schätzmodell ermittelt wird, kann die Partikelfilterregeneration ausgelöst werden, nachdem der beobachtete oder geschätzte Druck einen Schwellenwert übersteigt.
  • Ferner können andere Bedingungen aufgenommen werden, um zu ermitteln, wann der Partikelfilter zu regenerieren ist. Zum Beispiel darf die Filterregeneration nicht ablaufen, wenn die Motortemperatur über einer Schwellentemperatur liegt oder wenn die Motortemperatur unter einer Schwellentemperatur liegt. Weiterhin darf in einem Beispiel die Filterregeneration nicht ablaufen, wenn die Filtertemperatur unter einem Schwellenwert liegt. Wenn sich aber Ruß auf dem Filter angesammelt hat, kann das Steuergerät 12 die Filtertemperatur durch Spätverstellen der Zündung und Steigern von Motorluftstrom anheben, wie durch die Beschreibung von 6 beschrieben wird, bis eine Filterschwellentemperatur erreicht ist. In diesem Beispiel kann die Partikelfilterregeneration ablaufen, nachdem die Schwellentemperatur erreicht ist. In einem noch anderen Beispiel darf die Partikelfilterregeneration einen Zeitraum lang nach Motorstart nicht ablaufen. Zum Beispiel darf die Partikelfilterregeneration nicht ausgelöst werden, bis genügend Zeit für das Stabilisieren von Motordrehzahl nach Motorstart verstrichen ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Partikelfilterregeneration während Schubabschaltung ausgelöst werden. In einer noch anderen Ausführungsform darf die Partikelfilterregeneration nicht ausgelöst werden, sofern nicht die Motorlast größer als ein Schwellenwert ist (zum Beispiel kann die Motorlast das Motorsolldrehmoment dividiert durch das gesamte vom Motor verfügbare Drehmoment sein; in anderen Anwendungen kann die Last die Zylinderluftfüllung dividiert durch die gesamte theoretische Zylinderluftfüllung sein), zum Beispiel 0,3 Last. In einem anderen Beispiel darf die Partikelfilterregeneration nicht ablaufen, bis ein sich stromabwärts eines Partikelfilters befindlicher Katalysator eine Schwellentemperatur aufweist.
  • Zu beachten ist, dass ein Partikelfilter aktiv oder passiv regeneriert werden kann. Während aktiver Regeneration können Motorbetriebsbedingungen angepasst werden, um Partikelfilterregeneration gezielt zu erleichtern oder zu verbessern. Zum Beispiel können Motorzündsteuerzeiten angepasst werden, um die Temperatur eines Partikelfilters anzuheben, um Rußoxidation zu steigern. Umgekehrt ist eine passive Partikelfilterregeneration möglich, wenn zum Beispiel Motorbetriebsbedingungen ein Oxidieren von von dem Partikelfilter gehaltenem Ruß ohne eine Partikelfilter-Regenerationsforderung bewirken. In einer Ausführungsform kann ein Partikelfilter passiv regeneriert werden, wenn der Motor bei höheren Motordrehzahlen und Lasten betrieben wird. Die Regeneration kann passiv sein, auch wenn Luft/Kraftstoff des Motors als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration in der Abgasanlage angepasst werden, wobei die Sauerstoffkonzentration durch die Oxidation von Partikeln beeinflusst wird, die von dem Partikelfilter gehalten werden.
  • Wenn Partikelfilterregeneration erwünscht ist und Bedingungen erfüllt sind, rückt die Routine 400 zu 408 vor. Ansonsten rückt die Routine 400 zu 418 vor.
  • Bei 418 kehrt die Routine 400 zum Betreiben des Motors mit einer stöchiometrischen Grundkraftstoffsteuerung zurück. Es ist zu beachten, dass die Grundkraftstoffsteuerung den Motor während mancher Bedingungen über- oder unterstöchiometrisch arbeiten lässt. Zum Beispiel kann ein Motor während Kaltstart mit Grundkraftstoffsteuerung mager betrieben werden, um Kohlenwasserstoffemissionen zu verringern. Umgekehrt kann ein Motor während Bedingungen hoher Last mit Grundkraftstoffsteuerung fett betrieben werden, um die Möglichkeit von Motordegradation zu verringern. Ferner kann der Motor bei verschiedenen zyklischen mageren und fetten Bedingungen betrieben werden, die die zeitlich gemittelten stöchiometrischen Nettobedingungen wahren.
  • Bei 408 entscheidet die Routine 400, ob der Partikelfilter eine Temperatur aufweist, die Oxidation von Ruß und anderen Materialien ermöglicht, die von einem Partikelfilter gehalten werden können. Wenn die Routine 400 entscheidet, dass ein Partikelfilter eine Temperatur aufweist, die Regeneration und Oxidation ermöglicht, rückt die Routine 400 zu 410 vor. Ansonsten rückt die Routine 400 zu 414 vor.
  • Bei 414 beginnt die Routine 400, die Partikelfiltertemperatur anzuheben, um Filterregeneration zu fördern. Insbesondere wird das von 6 beschriebene Verfahren verwendet, um die Partikelfiltertemperatur anzuheben. Dann kehrt die Routine 400 zu 408 zurück, um zu beurteilen, ob die Partikelfiltertemperatur ausreichend ist, um zu 410 vorzurücken oder nicht.
  • Bei 410 entscheidet die Routine 400, ob die Partikelfilterregeneration mit Erzeugnissen magerer oder fetter Verbrennung begonnen werden soll. In einer Ausführungsform beginnt die Regeneration während einer ersten Betriebsbedingung durch Anheben des Kraftstoffs von im Wesentlichen stöchiometrischer Verbrennung (z.B. ± 0,04 Lambda, wobei Lambda Luft/Kraftstoff-Verhältnis/Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei Stöchiometrie ist) zu fetter Verbrennung. Insbesondere wird Motor-Luft/Kraftstoff auf fett angehoben, bis im Wesentlichen die gesamte Sauerstoffspeicherung (z.B. mehr als 75% der verfügbaren Sauerstoffspeicherkapazität) in einer Nachbehandlungsvorrichtung stromaufwärts des und einschließlich des Partikelfilters abgebaut ist. Dann wird das Luft/KraftstoffGemisch des Motors durch Abmagern des Kraftstoffs oder durch eine stufenweise Änderung des Luft/Kraftstoff-Gemisches des Zylinders (z.B. durch Springen von 0,95 λ auf 1,05 λ als Reaktion auf Sauerstoffabbau) mager gesteuert. Durch Abbauen von Sauerstoff in stromaufwärts befindlichen Nachbehandlungsvorrichtungen ist es möglich, den Sauerstoffdurchsatz zu dem Partikelfilter anzuheben, während die Möglichkeit von Sauerstoffschlupf durch den Partikelfilter und Sauerstoff- und/oder NOx-Schlupf durch Nachbehandlungsvorrichtungen, die sich stromabwärts des Partikelfilters befinden, verringert wird. Auf diese Weise kann die Oxidationsrate verbessert werden, da eine kinetische Interaktion zwischen Ruß und Sauerstoff mit höheren Sauerstoffdurchsätzen steigt. In einer anderen Ausführungsform oder während einer zweiten Betriebsbedingung, die sich von der ersten Betriebsbedingung unterscheidet, beginnt die Regeneration durch Anpassen von Luft/Kraftstoff-Gemischen des Motors bei überstöchiometrischen Bedingungen. In einem Beispiel wird Motor-Luft/Kraftstoff allmählich hin zu mager angepasst, so dass die Oxidation von Ruß allmählich ansteigt. Auf diese Weise kann die Oxidationsrate so gesteuert werden, dass die Partikelfiltertemperatur allmählich steigt und dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors verwendet werden kann, um die Temperatur des Partikelfilters zu steuern. In einem Beispiel entscheidet die Routine 400 als Reaktion auf eine Temperatur des Partikelfilters, ob der Oxidationsprozess mager oder fett gestartet werden soll. Wenn die Partikelfiltertemperatur zum Beispiel nahe der Oxidationsschwellentemperatur liegt, beginnt die Routine 400 den Partikelfilter-Regenerationsprozess durch Gehen zu fett. Wenn dagegen die Partikelfiltertemperatur höher als die Oxidationsschwellentemperatur ist, beginnt die Routine 400 den Partikelfilteroxidationsprozess durch Gehen zu mager. Wenn die Routine 400 entscheidet, den Partikelfilter-Oxidationsprozess durch Gehen zu fett zu starten, rückt die Routine 400 zu 412 vor. Ansonsten rückt die Routine 400 zu 416 vor. Somit bietet die Routine 400 die Möglichkeit, den Partikelfilter-Oxidationsprozess immer fett oder mager zu beginnen. Doch sieht die Routine 400 auch das Beginnen des Partikelfilter-Oxidationsprozesses abhängig von Bedingungen bei fett oder mager vor. Zum Beispiel kann der Partikelfilter-Oxidationsprozess unter einer ersten Bedingung mager oder fett beginnen und unter einer zweiten Bedingung kann der Partikelfilter-Oxidationsprozess unter einer zweiten Bedingung in dem anderen Zustand von fett oder mager beginnen.
  • Bei 412 beginnt die Routine 400 die Partikelfilteroxidation durch Anheben von Motor-Luft/Kraftstoff auf fett, bis ermittelt wird, dass die Abgase stromabwärts des Partikelfilters eine Schwellenmenge weniger Sauerstoff als ein stöchiometrisches Abgasgemisch enthalten. In einer Ausführungsform liefert ein Sauerstoffsensor stromabwärts des Partikelfilters Daten, die anzeigen, wann der Sauerstoff stromaufwärts des Sauerstoffsensors im Wesentlichen abgebaut ist. In einer Ausführungsform ist das Ausmaß, bei dem das Luft/Kraftstoff-Gemisch des Motors angereichert werden kann, auf eine Schwellenmenge beschränkt. Nachdem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors auf fett verschoben ist, rückt die Routine 400 zu dem Rest der Routine, der durch 5 beschrieben ist, und zu Routine 500 vor.
  • Bei 416 beginnt die Routine 400 die Partikelfilteroxidation durch Abmagern von Motor-Luft/Kraftstoff, bis ermittelt wird, dass die Abgase stromabwärts des Partikelfilters eine Schwellenmenge mehr Sauerstoff als ein stöchiometrisches Abgasgemisch enthalten. In einer Ausführungsform liefert ein Sauerstoffsensor stromabwärts des Partikelfilters Daten, die anzeigen, wann der Sauerstoff durch die Nachbehandlungsvorrichtungen, die sich stromaufwärts des Sauerstoffsensors befinden, durchzubrechen beginnt. In einer Ausführungsform ist das Ausmaß, bei dem das Luft/Kraftstoff-Gemisch des Motors abgemagert werden kann, auf eine Schwellenmenge beschränkt. Nachdem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors auf mager verschoben ist, rückt die Routine 400 zu dem Rest der Routine, der durch 5 beschrieben ist, und zu Routine 500 vor.
  • Unter Bezug nun auf 5 ist der Rest der in 4 gezeigten Routine gezeigt. Bei 502 stellt die Routine 500 fest, ob sich ein Sauerstoffsensor stromaufwärts eines Katalysators befindet und ob der Sauerstoffsensor der Sauerstoffsensor ist, der zum Ermitteln der Sauerstoffkonzentration von Motorabgas verwendet wird. Die Routine 500 kann den Ort der Sauerstoffsensoren zum Beispiel beruhend auf Systemkonfigurationsinformationen feststellen, die im Speicher eines Motorsteuergeräts gespeichert sind. Wenn die Routine 500 feststellt, dass der am weitesten stromaufwärts befindliche Sauerstoffsensor sich stromaufwärts eines Katalysators befindet, rückt die Routine 500 zu 504 vor; ansonsten rückt die Routine 500 zu 506 vor.
  • Bei 504 berücksichtigt die Routine 500 die Menge angesammelten Rußes, die in dem Partikelfilter oxidiert wird. Im Einzelnen passt die Routine 500 in einer Ausführungsform das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer an, so dass die Sauerstoffkonzentration des Motorabgases ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors anzeigt, nachdem die Motorabgase durch den Partikelfilter treten und ein Teil des Motorabgassauerstoffs den von einem Partikelfilter gehaltenen Ruß oxidiert. Dann rückt die Routine 500 zu 506 vor.
  • Bei 506 stellt die Routine 500 fest, ob sich ein Katalysator stromaufwärts eines Partikelfilters befindet oder nicht und ob der Katalysator Sauerstoffspeicherkapazität hat oder nicht. Alternativ kann der Katalysator mit dem Partikelfilter enthalten sein. Die Routine 500 kann zum Beispiel beruhend auf Systemkonfigurationsinformationen, die im Speicher eines Motorsteuergeräts gespeichert sind, feststellen, ob sich ein Katalysator stromaufwärts des Partikelfilters befindet oder nicht und ob der Katalysator Sauerstoffspeicherkapazität aufweist oder nicht. Wenn die Routine 500 feststellt, dass ein Katalysator mit Sauerstoffspeicherkapazität vorhanden ist, rückt die Routine 500 zu 508 vor. Wenn kein Katalysator vorhanden ist oder wenn der Katalysator keine Sauerstoffspeichermedien umfasst, rückt die Routine 500 zu 510 vor.
  • Bei 508 ermittelt die Routine 500 die Sauerstoffspeicherkapazität des stromaufwärts befindlichen Katalysators. In einer Ausführungsform wird die Sauerstoffspeicherkapazität aus einer Tabelle ermittelt, die Sauerstoffspeicherdaten enthält, die nach Katalysatortemperatur indiziert sein können. Ferner kann die aus der Tabelle entnommene Sauerstoffspeicherkapazität angepasst werden, um Katalysatordegradation zu berücksichtigen, die sich im Laufe der Zeit ergeben kann. In einer Ausführungsform wird die Sauerstoffspeicherkapazität beruhend auf Wechseln des Katalysators zwischen mageren und fetten Bedingungen und Detektieren mittels Daten von Sauerstoffsensoren, die sich stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators befinden, wann sich der Zustand des Katalysators ändert, angepasst. Nach dem Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators rückt die Routine 500 zu 510 vor.
  • Bei 510 wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors angepasst, um die Abgasbestandteile zu verändern, die in den stromaufwärts befindlichen Katalysator eindringen, falls ein solcher vorhanden ist. In einer Ausführungsform, bei der der stromaufwärts befindliche Sauerstoffkatalysator zwischen dem Motor und einem Katalysator positioniert ist, liefert der stromaufwärts befindliche Sauerstoffsensor Rückmeldung über die Sauerstoffkonzentration des Motorabgases. Ferner zeigt der stromaufwärts befindliche Sauerstoffsensor die Sauerstoffkonzentration an, die in den stromaufwärts befindlichen Katalysator eindringt. Durch Multiplizieren der Sauerstoffkonzentration mit dem Massendurchsatz durch den Motor kann die Sauerstoffmasse, die in den stromaufwärts befindlichen Katalysator eindringt, ermittelt werden. In einer Ausführungsform ermittelt ein Sauerstoffsensor, der sich stromaufwärts eines Katalysators befindet, wie viel Sauerstoff (z.B. Sauerstoffmasse) dem Katalysator über ein Zeitintervall geliefert wird. In einer Ausführungsform kann die Rate, bei der Sauerstoff dem stromaufwärts befindlichen Katalysator zugeführt wird, beruhend auf Betriebsbedingungen angepasst werden. Zum Beispiel kann die Rate, bei der Sauerstoff dem stromaufwärts befindlichen Katalysator und Partikelfilter geliefert wird, erhöht werden, wenn die Temperatur des Partikelfilters die Oxidationsschwellentemperatur um einen Schwellenbetrag übersteigt, während die Partikelfiltertemperatur unter einer anderen Schwellentemperatur liegt. Wenn die Temperatur des Partikelfilters sinkt oder nahe der Oxidationsschwellentemperatur liegt, kann die Rate, bei der dem stromaufwärts befindlichen Katalysator und Partikelfilter Sauerstoff geliefert wird, gesenkt werden.
  • In einer Ausführungsform wird während Partikelfilterregeneration der dem Motor zugeführte Kraftstoff durch Kraftstoffsteuerparameter gesteuert, die sich von den Kraftstoffsteuerparametern unterscheiden, die verwendet werden, um die Motorkraftstoffversorgung zu steuern, wenn der Motor unter ähnlichen Bedingungen betrieben wird, während ein Partikelfilter nicht regeneriert wird. Zum Beispiel können die Rate, bei der der Abgasanlage Sauerstoff geliefert wird, und das Ausmaß der Magerkeit oder Fettheit von stöchiometrischen Bedingungen anders sein, wenn ein Partikelfilter regeneriert wird, als wenn ein Partikelfilter nicht regeneriert wird, während der Motor bei ähnlichen Betriebsbedingungen arbeitet. In einer Ausführungsform wird den Abgasbestandteilen durch Abmagern des Luft/KraftstoffGemisches des Zylinders zusätzlicher Sauerstoff zugegeben, während der Partikelfilter regeneriert wird.
  • Wenn in einer bestimmten Konfiguration ein stromaufwärts befindlicher Katalysator nicht vorhanden ist, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors angepasst werden, um Oxidation von Ruß zu fördern. In einer Ausführungsform kann ein Sauerstoffsensor, der sich stromaufwärts eines Partikelfilters befindet den Umfang an Sauerstoff steuern, der dem Partikelfilter geliefert wird. Zum Beispiel kann eine Sauerstoffmenge, die die stöchiometrische Abgaskonzentration übersteigt, als Reaktion auf die von dem Partikelfilter gehaltene Rußmenge oder als Reaktion auf die Rate von Rußoxidation erfolgen. Bei höheren vom Partikelfilter gehaltenen Rußmengen können dem Partikelfilter höhere Sauerstoffmengen zugeführt werden. Bei geringeren vom Partikelfilter gehaltenen Rußmengen können dem Partikelfilter geringere Sauerstoffmengen zugeführt werden. Auf diese Weise kann die Sauerstoffmenge von Motorabgasen so gesteuert werden, dass der überschüssige Sauerstoff in dem Abgas genutzt wird, um in dem Partikelfilter gehaltenen Ruß zu oxidieren, und dass der Zustand eines Katalysators, der sich stromabwärts des Partikelfilters befindet, nicht so stark gestört wird, dass NOx durch einen Katalysator durchbricht, der sich stromabwärts des Partikelfilters befindet. 8 sieht mehr Einzelheiten dazu vor, wie Motor-Luft/Kraftstoff während Partikelfilterregeneration angepasst wird.
  • Bei 512 wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors angepasst, um die Abgasbestandteile zu verändern, die in den stromabwärts befindlichen Katalysator eindringen. In einer Ausführungsform wird das bei 510 ermittelte Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors so angepasst, dass der Zustand eines Katalysators stromabwärts des Partikelfilters geändert wird. Zum Beispiel kann das Luft/KraftstoffGemisch eines Zylinders magerer oder fetter als die Anpassung des Luft/KraftstoffGemisches, die bei 510 ermittelt wird, angepasst werden. Durch Verändern des Luft/Kraftstoff-Gemisches des Motors wird der Zustand des stromabwärts befindlichen Katalysators so angepasst, dass er effizient umwandelt, während er sich in einem Partikelfilter-Regenerationsmodus befindet.
  • Motor-Luft/Kraftstoff kann angepasst werden, um den Zustand eines Katalysators stromabwärts eines Partikelfilters mittels eines Sauerstoffsensors, der sich stromaufwärts des stromabwärts befindlichen Katalysators befindet, eines Sauerstoffsensors, der sich stromabwärts des stromabwärts befindlichen Katalysators befindet, oder durch eine Kombination des Sauerstoffsensors, der sich stromaufwärts des stromabwärts befindlichen Katalysators befindet, und des Sauerstoffsensors, der sich stromabwärts des stromabwärts befindlichen Katalysators befindet, zu steuern. In einem Beispiel kann das Luft/KraftstoffGemisch, das in einen Zylinder eindringt, fetter als in dem Fall angepasst werden, da ein Sauerstoffsensor, der sich stromabwärts des stromabwärts befindlichen Katalysators befindet, eine magere Bedingung anzeigt. Wenn der Sauerstoffsensor, der sich stromabwärts des stromabwärts befindlichen Katalysators befindet, eine fette Bedingung anzeigt, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders magerer angepasst werden. Der Sauerstoffsensor, der sich stromaufwärts des stromabwärts befindlichen Katalysators befindet, kann dagegen verwendet werden, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders fett anzupassen, wenn eine Schwellenmenge von Abgas, die mager ist, in den stromabwärts befindlichen Katalysator eingedrungen ist. Wenn der Sauerstoffsensor, der sich stromaufwärts des stromabwärts befindlichen Katalysators befindet, anzeigt, dass eine Schwellenmenge von Abgas, die in den stromabwärts befindlichen Katalysator eingedrungen ist, fett ist, kann das Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders mager angepasst werden. Auf diese Weise kann die in dem stromabwärts befindlichen Katalysator vorhandene Sauerstoffmenge so gesteuert werden, dass HC und CO oxidiert werden können, während NOx verringert wird.
  • Bei 514 kann die Routine 500 das Luft/Kraftstoff-Gemisch des Motors anpassen, um die Rate von Rußoxidation zu steuern. In einem Beispiel kann Sauerstoff mittels eines mageren Luft/Kraftstoff-Gemisches des Zylinders zu dem Partikelfilter eingeleitet werden, so dass am Partikelfilter überschüssiger Sauerstoff vorhanden ist, um Ruß zu oxidieren. Wenn die Oxidationsrate höher als erwünscht ist oder wenn die Partikelfiltertemperatur über eine Schwellentemperatur steigt, können die Luft/Kraftstoff-Gemische des Motorzylinders angereichert werden, so dass weniger Sauerstoff zur Beteiligung an der Oxidation von Ruß vorhanden ist, der von dem Partikelfilter gehalten wird. Die Partikelfiltertemperatur kann zum Beispiel durch einen Sensor gemessen werden oder kann aus Motorbetriebsbedingungen gefolgert werden. Ferner kann die Rate, bei der Sauerstoff zu dem Partikelfilter geliefert wird, abhängig von Betriebsbedingungen verändert werden. Wenn zum Beispiel die Partikelfiltertemperatur höher als eine Oxidationsschwellentemperatur ist, aber niedriger als eine Oxidationssolltemperatur ist, dann kann die dem Partikelfilter zugeführte Sauerstoffmenge durch Abmagern von Luft/Kraftstoff-Gemischen des Zylinders angehoben werden. Wenn aber die Partikelfiltertemperatur höher als eine Oxidationsschwellentemperatur ist, aber nahe einer Oxidationssolltemperatur liegt, dann kann die dem Partikelfilter zugeführte Sauerstoffmenge durch Anreichern von Luft/Kraftstoff-Gemischen des Zylinders verringert werden.
  • Bei 516 ermittelt Routine 500, ob der Partikelfilter ausreichend regeneriert wurde. Die Routine ermittelt mit anderen Worten, ob eine Sollmenge von Ruß, der von einem Partikelfilter gehalten wird, oxidiert wurde. Die Routine 500 stellt fest, ob die Filterregeneration abgeschlossen ist oder nicht oder ob Bedingungen für eine Regeneration nicht mehr vorliegen. In einer Ausführungsform wird die Regeneration als abgeschlossen ermittelt, wenn die Druckdifferenz über dem Partikelfilter kleiner als ein vorbestimmter Betrag ist. In einem anderen Beispiel wird die Regeneration als abgeschlossen ermittelt, wenn das Abgas stromabwärts des Partikelfilters einen Anstieg der Sauerstoffkonzentration in Abgasen anzeigt, die durch den Partikelfilter treten. Die erhöhte Sauerstoffkonzentration kann ein Indikator sein, dass Ruß in dem Filter oxidiert wurde und dass die Rußmenge reduziert ist, so dass weniger Sauerstoff verbraucht wird, um in dem Filter verbleibenden Ruß zu oxidieren. Wenn die Routine 500 entscheidet, dass die Regeneration abgeschlossen ist, rückt die Routine 500 zu 518 vor. Ansonsten rückt die Routine 500 zu 510 vor.
  • Bei 518 führt die Routine 500 die Kraftstoffsteuerung zur Grundkraftstoffsteuerung zurück. In einer beispielhaften Ausführungsform wird Kraftstoff so angepasst, dass über ein Zeitintervall weniger Sauerstoff in den Abgasen vorhanden ist, wenn die Partikelfilterregeneration endete, als bei fortlaufender Partikelfilterregeneration. Natürlich gibt es viele Möglichkeiten, um dieses Ergebnis zu verwirklichen. Zum Beispiel kann der Zeitbetrag oder die Anzahl an Zylindervorgängen, während denen der Motor mager arbeitet, verringert werden. In einem anderen Beispiel kann das Ausmaß, bei dem Zylinder mager betrieben werden, verringert werden. Zum Beispiel kann ein Zylinder mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemisch statt mit einem Gemisch, das um 0,5 Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, betrieben werden. Durch diese Möglichkeiten kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors zurück zu Grundkraftstoff gestellt werden, bei dem der Motor zum Beispiel ein im Wesentlichen stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt.
  • Unter Bezug nun auf 6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Anheben der Temperatur eines Partikelfilters für einen Benzinmotor gezeigt. Bei 602 stellt die Routine 600 fest, ob ein Partikelfilter eine erwünschte Oxidationsschwellentemperatur aufweist oder nicht. Wenn ja, rückt die Routine 600 zu 610 vor, wo die Zündung auf minimale Zündung für bestes Drehmoment (MBT) oder auf klopfbeschränkte Zündung auf früh verstellt wird. Wenn der Partikelfilter keine Solltemperatur aufweist, rückt die Routine 600 zu 604 vor. Zu beachten ist, dass die erwünschte Oxidationsschwellentemperatur über einer Temperatur festgelegt sein kann, bei der Rußoxidation beginnt. Zum Beispiel kann eine erwünschte Schwellentemperatur bei 40°C über der Temperatur festgelegt werden, bei der Ruß zu oxidieren beginnt.
  • Bei 604 stellt die Routine 600 fest, ob der Motor in einem Bereich arbeitet, in dem Spätzündung erwünscht ist. In einem Beispiel kann die Zündung nicht auf spät verstellt werden, wenn die Motorlast über einem Schwellenwert liegt. Ferner kann die Schwelle für verschiedene Motordrehzahlen verändert werden. Zum Beispiel darf die Zündung bei einer Motordrehzahl von 1.200 U/min. bei Motorlasten von über 0,6 nicht auf spät verstellt werden, wogegen die Zündung bei einer Motordrehzahl von 5.000 U/min bei Motorlasten von über 0,45 nicht auf spät verstellt werden darf. In einer anderen Ausführungsform kann während des Regenerierens eines Partikelfilters eines Fremdzündungsmotors die Zeitsteuerung von mindestens einem Zylinder eines Motors angepasst werden, um eine Temperatur des Partikelfilters über eine Schwellentemperatur zu regeln. Ferner können die Zündsteuerzeiten als Reaktion auf ein steigendes vom Fahrer gefordertes Drehmoment auf früh verstellt werden. Wenn zum Beispiel die Zündung um 10 Grad auf spät verstellt wird, um eine Temperatur eines Partikelfilters anzuheben, kann die Zündung auf früh verstellt werden, wenn eine Fahrerdrehmomentforderung steigt, so dass der Motor das Solldrehmoment erzeugt und dass der Motor eine Solldrehmomentreaktion aufweist.
  • Wenn der Fahrer anschließend das vom Fahrer geforderte Drehmoment senkt, kann die Zündung auf spät verstellt werden, wenn die Fahrerdrehmomentforderung gesenkt wird, so dass eine erwünschte Partikelfiltertemperatur erreicht wird.
  • Wenn der Motor bei Bedingungen arbeitet, bei denen es erwünscht ist, die Zündung auf spät zu verstehen, rückt die Routine 600 zu 606 vor, wo die Zündung auf spät verstellt wird. Ansonsten rückt die Routine 600 zu 610 vor.
  • Bei 606 wird die Motorzündung von MBT oder klopfbeschränkter Zündung auf spät verstellt. In einem Beispiel kann die Zündung allmählich über eine Anzahl von Motorverbrennungsvorgängen auf spät verstellt werden, so dass sie für einen Fahrer des Fahrzeugs weniger merklich ist. Der Betrag der Spätverstellung der Zündung kann empirisch ermittelt und in einer Tabelle oder Funktion gespeichert werden, die nach Partikelfiltertemperatur, Motordrehzahl und Motorlast indiziert ist.
  • Bei 608 vergrößert die Routine 600 die Zylinderluftfüllung, so dass von dem Motor ein gleichwertiges Drehmoment erzeugt werden kann, während die Zündung auf spät verstellt ist, um den Partikelfilter zu beheizen. In einem Beispiel wird die Menge zusätzlicher Luft in einer Tabelle gespeichert, die nach Zündungsspätverstellung von MBT, Motordrehzahl und Motorlast indiziert ist. Somit werden die Frühverstellung der Motorzündung und die Luftmenge des Motorzylinders gleichzeitig angepasst, so dass der Motor das erwünschte Fahrerdrehmoment liefert, während er die Partikelfiltertemperatur erhöht.
  • Unter Bezug nun auf 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Regenerieren eines Partikelfilters während Betreiben eines Benzinmotors in einem Schubabschaltungsmodus (DSFO) oder während eines Modus veränderlichen Hubvolumens (VDE) gezeigt. Während DSFO wird Kraftstoff zu mindestens einem Zylinder abgeschaltet oder auf einen Wert verringert, bei dem Verbrennung mit dem mageren Kraftstoffgemisch nicht möglich ist. Während des VDE-Modus ist die Anzahl aktiver Zylinder, die Drehmoment erzeugen, geringer als die Anzahl aller Motorzylinder. Magermodus-VDE oder DSFO können in einer Ausführungsform ausgelöst werden, wenn die Temperatur eines Partikelfilters größer als ein Schwellenbetrag ist und wenn es erwünscht ist, die Motorzylinder mager zu betreiben, zum Beispiel bei 416 von 4 oder bei 510-514 von 5. Weiterhin kann in den VDE-Modus gewechselt werden, wenn die Zylinderlast niedrig ist und die Partikelfiltertemperatur einen Schwellenbetrag übersteigt.
  • Bei 702 stellt die Routine 700 fest, ob eine magere Partikelfilterregeneration erforderlich oder erwünscht ist oder nicht. Wenn ja, rückt die Routine 700 zu 704 vor. Wenn nicht, rückt die Routine 700 zum Ende vor. Während einer mageren Partikelfilterregeneration wird der Partikelfilter durch Zuführen überschüssigen Sauerstoffs zu dem Partikelfilter, so dass Ruß durch den überschüssigen Sauerstoff oxidiert werden kann, regeneriert.
  • Bei 704 stellt die Routine 700 fest, ob Bedingungen für eine VDE- oder DSFO-Partikelfilterregeneration erfüllt sind oder nicht. In einem Beispiel kann der Motor in einem vorbestimmten Schwellenbereich von Motordrehzahl/-last für VDE arbeiten. Die DSFO-Partikelfilterregeneration kann aktiviert werden, wenn der Fuß des Fahrers vom Gas genommen wird und während das Fahrzeug über einer Schwellengeschwindigkeit liegt. Wenn VDE- oder DSFO-Bedingungen nicht erfüllt sind, rückt die Routine 700 zu 714 vor, wo eine magere Partikelfilterregeneration durch Anpassen von Luft/Kraftstoff-Verhältnissen der Motorzylinder verwirklicht werden kann, ohne Motorzylinder zu deaktivieren. 8 sieht Einzelheiten zur Partikelfilterregeneration durch dieses Verfahren vor. Wenn die Bedingungen der DSFO- oder VDE-Magermodus-Partikelfilterregeneration erfüllt sind, rückt die Routine 700 zu 706 vor.
  • Bei 706 stellt die Routine 700 fest, ob der Partikelfilter eine Solltemperatur für Regeneration aufweist oder nicht. In einem Beispiel muss der Partikelfilter über einer Schwellentemperatur liegen. Die Schwellentemperatur kann über der Temperatur liegen, bei der Ruß oxidiert, muss es aber nicht. Wenn der Partikelfilter über der Schwellentemperatur liegt, rückt die Routine 700 zu 712 vor. Wenn der Partikelfilter nicht über der Schwellentemperatur liegt, rückt die Routine 700 zu 708 vor.
  • Bei 708 wird die Motorzündung von MBT oder klopfbeschränkter Zündung auf spät verstellt. In einem Beispiel kann die Zündung allmählich über eine Anzahl von Motorverbrennungsvorgängen auf spät verstellt werden, so dass sie für einen Fahrer des Fahrzeugs weniger wahrnehmbar ist. Der Betrag der Zündungsspätverstellung kann empirisch ermittelt und in einer Tabelle oder Funktion gespeichert werden, die nach Partikelfiltertemperatur, Motordrehzahl und Motorlast indiziert ist.
  • Bei 710 erhöht die Routine 700 die Luftfüllung des Zylinders, so dass ein gleichwertiges Drehmoment von dem Motor erzeugt werden kann, während die Zündung auf spät verstellt ist, um den Partikelfilter zu beheizen. In einem Beispiel wird die Menge zusätzlicher Luft in einer Tabelle gespeichert, die nach Zündungsspätverstellung von MBT, Motordrehzahl und Motorlast indiziert ist. Somit werden die Frühverstellung der Motorzündung und die Luftmenge des Motorzylinders gleichzeitig angepasst, so dass der Motor das erwünschte Fahrerdrehmoment liefert, während er die Partikelfiltertemperatur erhöht. Zu beachten ist, dass 708 und 710 die Zündung nicht auf spät verstellen und die Luftmenge des Motors nicht anheben könnten, sofern die Motorlast unter einem Schwellenwert liegt, der für unterschiedliche Motordrehzahlen verändert werden kann.
  • Bei 712 können Motorzylinder deaktiviert werden, um VDE- oder DSFO-Modi zu unterstützen. In einem Beispiel werden Zylinder als Reaktion auf erwünschte Motorlast und Motordrehzahl deaktiviert. In VDE oder DSFO können die deaktivierten Zylinder dem Partikelfilter durch Pumpen eines mageren Luft/KraftstoffGemisches durch den Motor und zu der Abgasanlage Sauerstoff liefern. Alternativ können Motorzylinder Einlasssystemgase durch den Motor und zu dem Partikelfilter pumpen. Während die deaktivierten Zylinder Sauerstoff zu dem Partikelfilter pumpen, können aktive Zylinder mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Gemisch und/oder auf spät verstellter Zündzeit arbeiten. Wenn sich ein Katalysator stromaufwärts des Partikelfilters befindet, können sich das fette Zylindergemisch und der Inhalt der inaktiven Zylinder an einem stromaufwärts liegenden Katalysator vereinen, um zusätzliche Wärme zum Anheben der Partikelfiltertemperatur vorzusehen. In einer Ausführungsform können die in aktiven Zylindern verbrannten Luft/Kraftstoff-Gemische zwischen mageren und fetten Gemischen gewechselt werden. Zum Beispiel kann ein Partikelfilter ein fettes Luft/Kraftstoff-Gemisch einen Zylinderzyklus lang verbrennen und dann ein mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch eine oder mehrere Zylinderzyklen lang verbrennen. Auf diese Weise können fette und magere Luft/Kraftstoff-Gemische regelmäßig gewechselt werden, so dass der Partikelfilter überschüssigem Kraftstoff ausgesetzt wird, während ein stromabwärts befindlicher Katalysator nahe stöchiometrischen Bedingungen gehalten wird.
  • Unter Bezug nun auf 8 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben eines Benzinmotors und zum Regenerieren eines Partikelfilters gezeigt. Das Verfahren ermöglicht das Beibehalten von fast stöchiometrischen Bedingungen in einem stromabwärts befindlichen Katalysator.
  • Bei 802 stellt die Routine 800 fest, ob Partikelfilterregeneration abgeschlossen ist. Wenn ja, rückt die Routine 800 zum Ende vor. Wenn nicht, rückt die Routine 800 zu 804 vor. Das bei 516 von 5 beschriebene Verfahren kann bei 802 verwendet werden, um zu ermitteln, ob Partikelfilterregeneration abgeschlossen ist, und wird daher der Kürze halber ausgelassen. Und wenn das Verfahren von 8 bei 510 und 512 von 5 verwendet wird, kann auf 802 verzichtet werden, da diese Funktion bei 516 ausgeführt wird.
  • Bei 804 ermittelt die Routine 800 die Sauerstoffspeicherkapazität aller Katalysatoren in der Abgasanlage. In einem Beispiel kann die Sauerstoffspeicherkapazität wie vorstehend beschrieben durch Wechseln der Systemkatalysatoren zwischen mageren und fetten Bedingungen und Beobachten der Zeit, die der Katalysator zum Ändern von Status braucht, ermittelt werden. In einem anderen Beispiel kann die Sauerstoffspeicherkapazität ermittelt werden, während Systemkatalysatoren zwischen fetten und mageren Zuständen gewechselt werden, während die Sauerstoffmasse aufgezeichnet wird, die dem Katalysator geliefert wird (z.B. Sauerstoffkonzentration multipliziert mit Motormassendurchsatz). In einer noch anderen Ausführungsform kann die Sauerstoffspeicherung jedes Katalysators in einer Tabelle gespeichert werden, die nach Katalysatortemperatur indiziert ist und durch Beobachtungen von Schaltzeiten zwischen Sauerstoffsensoren, die sich stromaufwärts und stromabwärts von Katalysatoren befinden, modifiziert wird.
  • Bei 806 wird die von dem Partikelfilter gehaltene Rußmenge ermittelt. Wie vorstehend beschrieben kann die Rußmenge durch einen Druckabfall ermittelt werden, der über der Partikelfalle gemessen wird. Oder der angesammelte Ruß und die Rußoxidationsrate können alternativ aus einem Modell ermittelt werden, das die Rußmenge, die von dem Motor erzeugt wird (z.B. eine nach Motordrehzahl und Last indizierte Tabelle), und die Rußoxidationsrate (z.B. kann die Rußoxidationsrate mit Partikelfiltertemperatur und mit der Sauerstoffmenge, die in Motorabgasen verfügbar ist, in Verbindung stehen) beschreibt.
  • Bei 808 ermittelt die Routine 800 die in jedem Katalysator des Systems gespeicherte Sauerstoffmenge. Wenn Abgase durch eine Abgasanlage treten, kann dem Gas Sauerstoff entzogen und verwendet werden, um HC oder CO an Anlagenkatalysatoren oder in dem Partikelfilter zu oxidieren; daher überwacht die Routine 800, wo Sauerstoff gespeichert und in der Abgasanlage verwendet wird. In einer Ausführungsform wird zum Beispiel die in Motorabgasen enthaltene Sauerstoffmasse durch einen stromaufwärts befindlichen Sauerstoffsensor beobachtet, bevor die Abgase durch einen Katalysator oder Partikelfilter treten. Wenn die Abgase durch einen Katalysator oder Partikelfilter treten, kann ein Teil des Sauerstoffs verwendet werden, um HC, CO und Ruß zu oxidieren. Die von dem Abgas verbrauchte Sauerstoffmenge kann durch Multiplizieren der Sauerstoffmasse des Motorabgases mit einem Nutzungsfaktor für jeden Katalysator oder Partikelfilter geschätzt werden. Der Nutzungsfaktor für jede Nachbehandlungsvorrichtung kann zum Beispiel beruhend auf Temperaturen und Massedurchsätzen beruhend angepasst werden. Sauerstoff, der nicht an Oxidation beteiligt ist und nicht in einem stromabwärts befindlichen Sensor festgestellt wird, kann in einem Katalysator gespeichert betrachtet werden. Wenn ein Sauerstoffsensor eine Sauerstoffkonzentration detektiert, die nicht erwartet ist und mit einer geschätzten Menge gespeicherten Sauerstoffs nicht im Einklang steht, kann die Sauerstoffspeicherkapazität jedes Katalysators zurückgesetzt oder angepasst werden. Auf diese Weise kann die in jedem Sauerstoffspeicherkatalysator gespeicherte Sauerstoffmenge geschätzt werden.
  • Bei 810 ermittelt die Routine 800 eine Partikelfiltertemperatur. In einer Ausführungsform kann ein Temperatursensor verwendet werden, um Partikelfiltertemperatur zu ermitteln. In einer anderen Ausführungsform kann die Partikelfiltertemperatur beruhend auf Motordrehzahl, Motorlast, Frühverstellung von Motorzündung und Luft/Kraftstoff-Gemisch des Motors geschätzt werden. Zum Beispiel kann eine Tabelle von empirisch ermittelten Abgastemperaturen gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt aufgerufen werden, so dass ein Motorsteuergerät Partikelfiltertemperatur schätzen kann.
  • Bei 812 stellt die Routine 800 fest, ob eine Rate von Rußoxidation angehoben werden soll oder nicht. In einer Ausführungsform kann eine Sollrate von Rußoxidation auf der Rußmenge, die von einem Partikelfilter gehalten wird, und der Motorlast beruhen. Wenn zum Beispiel die Rate erwünschter Rußoxidation 0,1 mg/s beträgt und die vorliegende Rate der Rußoxidation 0,05 mg/s beträgt, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders um 0,01 λ beruhend auf 50 mg zurückgehaltenem Ruß abgemagert werden. Wenn in einem anderen Beispiel die Rate erwünschter Rußoxidation 0,1 mg/s beträgt und die vorliegende Rate von Rußoxidation 0,05 mg/s beträgt, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders um 0,05 Ä beruhend auf 20 mg zurückgehaltenem Ruß abgemagert werden. Somit kann während einer ersten Bedingung Zylinder-Luft/Kraftstoff angepasst werden, um die Rate von Rußoxidation als Reaktion auf eine erste Rußmenge zu ändern, die von einem Partikelfilter gehalten wird, und während einer zweiten Bedingung kann Zylinder-Luft/Kraftstoff angepasst werden, um die Rate von Rußoxidation als Reaktion auf eine zweite Rußmenge zu ändern, die von dem Partikelfilter gehalten wird. Wenn die geschätzte Rate von Rußoxidation kleiner als eine erwünschte Oxidationsrate ist, rückt die Routine 800 zu 814 vor. Wenn die geschätzte Rate von Rußoxidation größer als eine erwünschte Rate ist, rückt die Routine 800 zu 826 vor.
  • Bei 814 stellt die Routine 800 fest, ob das Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders bei einem Magergrenzwert liegt oder nicht. Wenn ja, rückt die Routine 800 zu 818 vor. Wenn nicht, rückt die Routine 800 zu 816 vor, wo das Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders abgemagert wird. Der Motor oder ein Zylinder müssen bei 816 allmählich abgemagert werden oder er muss schrittweise auf einen vorbestimmten Betrag abgemagert werden. Zum Beispiel kann der Abgasanlage eine kleine Sauerstoffmenge durch Abmagern eines Luft/Kraftstoff-Gemisches des Zylinders von Ä = 1 zu Ä = 1,01 geliefert werden. Mit Zeit (z.B. 5 Sekunden) und über eine Anzahl von Verbrennungsvorgängen (z.B. 500 Vorgänge) wird der Abgasanlage langsam Sauerstoff zugegeben. Die gleiche Menge Sauerstoff kann der Abgasanlage dagegen über eine kürzere Zeit zugegeben werden, indem ein Zylinder auf λ = 1,1 abgemagert wird. Die Abmagerungsrate oder die Kraftstoffreduzierung eines Zylinders kann auf der Oxidationssollrate oder der von dem Partikelfilter gehaltenen Rußmenge beruhen. Zum Beispiel kann ein Zylinder um 0,001 λ pro Minute bewegt werden, wenn ein Partikelfilter halb voll ist, und bei einer Rate von 0,002 λ pro Minute, wenn der Partikelfilter voll ist. Somit kann unter einer ersten Bedingung Kraftstoff zu einem Zylinder bei einer ersten Rate abgemagert sein und unter einer zweiten Bedingung kann Kraftstoff zu einem Zylinder bei einer zweiten Rate abgemagert sein, wobei sich die zweite Rate von der ersten Rate unterscheidet.
  • Bei 818 stellt die Routine 800 fest, ob ein stromabwärts befindlicher Katalysator bei einem Magergrenzwert liegt oder nicht. In der veranschaulichten Konfiguration von 2a - 2c und 3 dienen die stromabwärts befindlichen Katalysatoren als Puffer, in dem Abgasbestandteile behandelt werden, auch wenn dem Partikelfilter und den stromaufwärts liegenden Katalysatoren überschüssiger Sauerstoff geliefert wird. Es ist aber wünschenswert, die stromabwärts befindlichen Katalysatoren über einer Schwellentemperatur und in einem Zustand zu halten, bei dem zwischen 20% - 80% (vorzugsweise zwischen 40 - 60%) der Sauerstoffspeicherkapazität der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators genutzt wird. Wenn die Katalysatortemperatur unter die Schwellentemperatur fällt oder wenn überschüssiger Sauerstoff in den Katalysator gespeichert wird, können die Endrohremissionen von HC, CO und NOx ansteigen. Daher stellt die Routine 800 beruhend auf dem Betrag der Sauerstoffkapazität des stromabwärts befindlichen Katalysators sowie der in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffmenge fest, ob der stromabwärts befindliche Katalysator bei einem Magergrenzwert liegt. Wenn die gespeicherte Sauerstoffmenge eine Schwellenmenge übersteigt, rückt die Routine 800 zu 820 vor. Ansonsten rückt die Routine 800 zu 824 vor.
  • Bei 820 hebt die Routine 800 den Kraftstoff auf fett an, auch wenn eine höhere Oxidationsrate erwünscht sein kann. Die Routine 800 hebt auf fett an, so dass ein stromabwärts befindlicher Katalysator weiter effizient arbeiten kann, der Kraftstoff wird auf fett angehoben, bis der stromabwärts befindliche Katalysator bei dem Fettgrenzwert liegt, und dann kann der Magerbetrieb für die Rußreduktion des Partikelfilters wieder aufgenommen werden. Wenn der Motor magere Verbrennungsprodukte ausstößt, wird ein Teil des Sauerstoffs in den Abgasen durch Oxidieren von Ruß verbraucht, der von dem Partikelfilter gehalten wird. Daher kann der Motor über einen längeren Zeitraum mager arbeiten, da weniger Sauerstoff in den stromabwärts befindlichen Katalysator eindringt.
  • Bei 824 stellt die Routine 800 fest, ob ein stromabwärts befindlicher Katalysator bei einem Fettgrenzwert liegt oder nicht. Wie vorstehend erwähnt ist es wünschenswert, den stromabwärts befindlichen Katalysator in einem Zustand zu halten, in dem zwischen 20% - 80% (vorzugsweise zwischen 40% - 60%) der Katalysatorsauerstoffspeicherkapazität genutzt wird. In diesem Zustand hält der Katalysator Bestandteile zum Oxidieren und Reduzieren von Abgasen zurück. Daher stellt die Routine 800 beruhend auf dem Betrag der Sauerstoffkapazität des stromabwärts befindlichen Katalysators und der in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffmenge fest, ob der stromabwärts befindliche Katalysator bei dem Fettgrenzwert liegt. Wenn die in dem stromabwärts befindlichen Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge kleiner als eine Schwellenmenge ist, rückt die Routine 800 zu 822 vor. Ansonsten rückt die Routine 800 zu 802 vor.
  • Bei 822 senkt die Routine 800 den Motorkraftstoff auf mager. Die Routine 800 reduziert auf mager, so dass ein stromabwärts befindlicher Katalysator weiter effizient arbeiten kann. In einem Beispiel wird der Kraftstoff auf mager gesenkt, bis der erwünschte Sauerstoffwert, der in dem stromabwärts befindlichen Katalysator gespeichert ist, erreicht ist. Während Magerbetrieb kann der Kraftstoff abgemagert werden, bis ein erwünschtes Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder erreicht ist, dann kann der Motor weiter bei dem mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch arbeiten, bis der stromabwärts befindliche Katalysator den erwünschten Sauerstoffspeicherwert erreicht.
  • Bei 826 stellt die Routine 800 fest, ob die Partikelfilteroxidation durch Anreichern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motorzylinders verringert werden soll oder nicht. Wie vorstehend beschrieben kann in einer Ausführungsform eine Rußoxidationsrate auf der von einem Partikelfilter gehaltenen Rußmenge und der Motorlast beruhen. Wenn zum Beispiel die Rate erwünschter Rußoxidation bei 0,05 mg/s liegt und die vorliegende Rate der Rußoxidation bei 0,1 mg/s liegt, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders beruhend auf 5 mg zurückgehaltenen Rußes um 0,02 λ angereichert werden. Wenn in einem anderen Beispiel die Rate der erwünschten Rußoxidation 0,05 mg/s beträgt und die vorliegende Rate der Rußoxidation 0,15 mg/s beträgt, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders beruhend auf 2 mg zurückgehaltenen Rußes um 0,05 λ angereichert werden. Somit kann ein Zylinder-Luft/Kraftstoff während einer ersten Bedingung angepasst werden, um die Rate der Rußoxidation als Reaktion auf eine erste Rußmenge, die von einem Partikelfilter gehalten wird, zu ändern, und während einer zweiten Bedingung kann ein Zylinder-Luft/Kraftstoff angepasst werden, um die Rate der Rußoxidation als Reaktion auf eine zweite Rußmenge, die von dem Partikelfilter gehalten wird, zu ändern. Wenn die geschätzte Rate der Rußoxidation größer als eine Solloxidationsrate ist, rückt die Routine 800 zu 828 vor. Ansonsten rückt die Routine 800 zu 818 vor.
  • Bei 828 stellt die Routine 800 fest, ob das Luft/Kraftstoff-Gemisch des Motorzylinders bei einem Fettgrenzwert liegt. Wenn ja, rückt die Routine 800 zu 818 vor. Ansonsten rückt die Routine 800 zu 830 vor, wo das Luft/Kraftstoff-Gemisch angereichert wird. Der Motor oder ein Zylinder kann bei 830 allmählich angereichert werden oder kann schrittweise auf einen vorab festgelegten Betrag angereichert werden. Zum Beispiel kann den Abgasen eine kleine Menge Sauerstoff entzogen werden, indem ein Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders von λ = 1 auf λ = 0,98 angereichert wird. Mit Zeit (z.B. 5 Sekunden) und über eine Anzahl von Verbrennungsvorgängen (z.B. 500 Vorgänge) wird der Abgasanlage langsam Sauerstoff entzogen. Die gleiche Menge Sauerstoff kann der Abgasanlage dagegen über eine kürzere Zeit entzogen werden, indem ein Zylinder auf λ = 0,9 angereichert wird.
  • Bei 830 wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motorzylinders angereichert. Der Motor oder ein Zylinder kann bei 830 allmählich angereichert werden oder kann schrittweise auf einen vorab festgelegten Betrag angereichert werden. Zum Beispiel kann den Abgasen eine kleine Menge Sauerstoff entzogen werden, indem ein Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders von λ = 1 auf λ = 0,98 angereichert wird. Mit Zeit (z.B. 5 Sekunden) und über eine Anzahl von Verbrennungsvorgängen (z.B. 500 Vorgänge) wird den Nachbehandlungsvorrichtungen Sauerstoff entzogen, da der gespeicherte Sauerstoff verwendet wird, um steigendes HC und CO zu oxidieren.
  • Die gleiche Menge Sauerstoff kann den Nachbehandlungsvorrichtungen dagegen über eine kürzere Zeit entzogen werden, indem ein Zylinder auf λ = 0,9 angereichert wird. Die Rate der Anreicherung eines Zylinders kann mit der Solloxidationsrate oder der von dem Partikelfilter gehaltenen Rußmenge in Verbindung stehen, ähnlich wie bei 816 beschrieben.
  • Auf diese Weise passt das Verfahren von 8 ein Zylinder-Luft/Kraftstoff während Regeneration eines Partikelfilters an, so dass sich das durchschnittliche oder integrierte Luft/Kraftstoff-Gemisch über eine Anzahl von Zylinderzyklen hin zu magerer bewegt. Gleichzeitig wird die Sauerstoffkonzentration in Abgasen stromabwärts des Partikelfilters reduziert, so dass das durchschnittliche oder integrierte Abgasgemisch über einer Anzahl von Zylinderzyklen bei im Wesentlichen stöchiometrischen Bedingungen liegt.
  • Zu beachten ist, dass alle der Routinen 4 - 8 von einem einzigen Steuergerät ausgeführt werden können oder alternativ ein Motorsteuergerät nur einen Teil der Verfahren 4 - 8 ausführen kann. Somit können die Routinen 4 - 8 für verschiedene Systemkonfigurationen genutzt werden.
  • Unter Bezug nun auf 9 ist eine beispielhafte grafische Darstellung von Luft/Kraftstoffanpassungen des Zylinders und von Abgassauerstoffkonzentration stromabwärts eines Partikelfilters gezeigt. Die obere Darstellung zeigt ein beispielhaftes Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Zylinders über einer Anzahl von Zylinderzyklen. Das Luft/Kraftstoff schwankt um eine x-Achse, die ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis darstellt. Zeit steigt von links nach rechts. Vor T1 ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders symmetrisch um Stöchiometrie und der Partikelfilter wird nicht regeneriert. Zwischen T1 und T2 beginnt Partikelfilterregeneration und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders wird zu mager verschoben, um Sauerstoff zu berücksichtigen, der an der Verbrennung von Ruß in einem Partikelfilter beteiligt ist. Zu beachten ist, dass das gesamte schwankende Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu mager verschoben wird. Zwischen T2 und T3 wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders noch weiter auf mager verschoben, um die Oxidationsrate in dem Partikelfilter weiter anzuheben. Die fette Seite des Luft/Kraftstoff-Gemisches wird ebenfalls bezüglich Magerkeit oder Fettheit eines Luft-/Kraftstoff-Gemisches, das in einen Zylinder eindringt, angehoben, um den hinteren Dreiwegekatalysator ausgeglichen und effizient arbeitend zu halten. Nach T3 wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders auf fetter verschoben und ist wiederum um Stöchiometrie symmetrisch, wenn die Rußoxidation abgeschlossen ist.
  • Zu beachten ist, dass das in 9 dargestellte Luft/Kraftstoff lediglich für Veranschaulichungszwecke vorgesehen ist und nicht die Beschreibung in irgendeiner Weise beschränken soll. Zum Beispiel kann das Luft/Kraftstoff des Motors durch eine dreieckige Luft/Kraftstoff-Verteilung oder durch eine stochastische Verteilung um stöchiometrische Bedingungen gesteuert werden. Ferner kann die Dauer der Fettheit oder Magerkeit von Luft/Kraftstoff sowie der Grad der Magerkeit oder Fettheit von Luft/Kraftstoff angepasst werden, um einen stromabwärts befindlichen Dreiwegekatalysator zu stöchiometrische Bedingungen ausgeglichen zu halten.
  • Die untere Darstellung veranschaulicht Sauerstoffkonzentration in der Abgasanlage an einer Stelle stromabwärts des Partikelfilters. Zu beachten ist, dass die Sauerstoffkonzentration um die Stöchiometrie symmetrisch bleibt, wenn Luft/Kraftstoff des Zylinders zu mager verschoben wird, wenn während Partikelfilterregeneration Ruß oxidiert wird. Wenn magere Abgase zwischen T1 und T3 durch den Partikelfilter treten, ist Sauerstoff an der Oxidation von Ruß zu CO und/oder CO2 beteiligt. Die teilweise Oxidation von Ruß zu CO kann ein Reduktionsmittel für NOx-Reduktion vorsehen. Dadurch ist die aus dem Partikelfilter austretende Sauerstoffkonzentration um stöchiometrische Bedingungen symmetrisch. Folglich werden in einem stromabwärts befindlichen Katalysator stöchiometrische Bedingungen gehalten. Auf diese Weise kann ein Partikelfilter stromaufwärts regeneriert werden, während in einem stromabwärts befindlichen Katalysator stöchiometrische Bedingungen gehalten werden. Somit kann ein stromabwärts befindlicher Katalysator Abgase effizient umwandeln, während Ruß in dem Partikelfilter oxidiert wird.
  • Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht einschränkend aufgefasst werden dürfen, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Zum Beispiel können die vorstehenden Vorgehensweisen auf V-6, 1-4, 1-6, V-12, Gegenkolben- und andere Motorausführungen angewendet werden.
  • Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst somit alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Benzinmotor
    12
    Steuergerät
    14
    Brennraum
    16
    Zylinderwände
    18
    Kolben
    20
    Kurbelwelle
    22
    Ansaugkrümmer
    24
    Abgaskrümmer
    26
    Einlassventil
    28
    Auslassventil
    30
    Drosselstutzen
    32
    Drosselklappe
    34
    Zündkerze
    35
    Zündsystem
    37
    Kraftstoffeinspritzvorrichtung
    40
    Mikroprozessor
    42
    Input/Output-Ports
    44
    Elektronischer Speicher
    46
    Arbeitsspeicher
    50
    Luftmengenmesser
    52
    Temperaturfühler
    54
    Kühlmantel
    56
    Krümmerdrucksensor
    58
    Drosselstellungssensor
    60
    Hallgeber
    70
    Hochdruck-AGR-Rohr
    72
    Hochdruck-AGR-Ventilanordnung
    74
    Unterdruckregler
    82
    Nachbehandlungsvorrichtung
    90
    Kompressionsvorrichtung
    90a
    Abgasturbine
    90b
    Einlasskompressor
    92
    Antriebswelle
    94
    Fahrpedal
    95
    Fahrerfuß
    96
    Pedalstellungssensor
    170
    Niederdruck-AGR-Rohr
    172
    Niederdruck-AGR-Ventilanordnung
    174
    Unterdruckregler
    175
    Sauerstoffsensor
    176
    Sauerstoffsensor
    178
    Sauerstoffsensor
    200
    Motor
    201
    Abgasanlage
    202
    Sauerstoffsensor
    204
    Sauerstoffsensor
    206
    Sauerstoffsensor
    208
    Sauerstoffsensor
    212
    Sauerstoffsensor
    222
    Sauerstoffsensor
    224
    Sauerstoffsensor
    226
    Sauerstoffsensor
    230
    Nachbehandlungsvorrichtung, Partikelfilter
    232
    Nachbehandlungsvorrichtung
    240
    Nachbehandlungsvorrichtung
    250
    Dreiwegekatalysator
    252
    Partikelfilter
    254
    Dreiwegekatalysator
    300
    Motor
    302
    Sauerstoffsensor
    304
    Sauerstoffsensor
    306
    Sauerstoffsensor
    308
    Sauerstoffsensor
    320
    Dreiwegekatalysator
    322
    Dreiwegekatalysator
    324
    Partikelfilter

Claims (20)

  1. System zum Behandeln von Partikelmaterial eines Benzinmotors (10, 200), welches umfasst: einen Benzinmotor (10, 200) mit einer Abgasanlage (201); eine Vorrichtung (82, 230) mit mindestens einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter, die in der Abgasanlage (201) angeordnet ist, wobei dem Oxidationskatalysator ein Sauerstoffspeichermedium fehlt, wobei die Vorrichtung (82, 230) eine Nachbehandlungsvorrichtung ist, die sich am weitesten stromaufwärts in der Abgasanlage (201) befindet; einen Dreiwegekatalysator (80, 232), der in der Abgasanlage (201) stromabwärts der Vorrichtung (82, 230) angeordnet ist; und einen ersten Sauerstoffsensor (178, 202), der in der Abgasanlage (201) an einer Stelle stromabwärts der Vorrichtung (82, 230) und stromaufwärts des Dreiwegekatalysators (80, 232) angeordnet ist, wobei der Sauerstoffsensor (178, 202) ein am weitesten stromaufwärts positionierter Sauerstoffsensor in der Abgasanlage (201) ist.
  2. System nach Anspruch 1, welches weiterhin einen zweiten Sauerstoffsensor (176, 204) umfasst, der in der Abgasanlage (201) an einer Stelle stromabwärts des Dreiwegekatalysators (80, 232) angeordnet ist.
  3. System nach Anspruch 1, welches weiterhin ein Steuergerät (12) umfasst, wobei das Steuergerät (12) zu mindestens einem Zylinder des Benzinmotors (10, 200) gelieferten Kraftstoff durch Anreichern eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des mindestens einen Zylinders, wenn eine Oxidationsrate von Ruß mehr als einen Schwellenbetrag steigt, und Abmagern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des mindestens einen Zylinders, wenn die Oxidationsrate von Ruß um mehr als einen Schwellenbetrag sinkt, anpasst, während eine von dem Filter gehaltene Rußmenge größer als eine Schwellenmenge ist.
  4. System nach Anspruch 1, welches weiterhin ein Steuergerät (12) umfasst, wobei das Steuergerät (12) dem mindestens einen Zylinder des Benzinmotors (10, 200) gelieferten Kraftstoff anpasst, um Oxidation von Ruß, der von dem Partikelfilter gehalten wird, zu steigern, während ein im Wesentlichen stöchiometrisches Gemisch von Abgasen, die durch den Dreiwegekatalysator (80, 232) strömen, beibehalten wird.
  5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (12) weiterhin die Zündung auf spät verstellt und den Luftstrom zu dem Benzinmotor (10, 200) steigert, wenn eine Temperatur des Partikelfilters kleiner als ein Schwellenwert ist und wenn eine von dem Partikelfilter gehaltene Rußmenge eine Schwellenmenge übersteigt.
  6. System nach Anspruch 2, welches weiterhin ein Steuergerät (12) umfasst, wobei das Steuergerät (12) dem Benzinmotor (10, 200) gelieferten Kraftstoff als Reaktion auf den zweiten Sauerstoffsensor (176, 204) anpasst.
  7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (12) den dem Benzinmotor (10, 200) gelieferten Kraftstoff als Reaktion auf ein Modell anpasst, das eine in dem Partikelfilter gehaltene Rußmenge und eine Oxidationsrate für den Partikelfilter schätzt.
  8. System zum Behandeln von Partikelmaterial eines Benzinmotors (10, 200), welches umfasst: einen Benzinmotor (10, 200) mit einer Abgasanlage (201); eine Vorrichtung (82, 230) mit mindestens einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter, die in der Abgasanlage (201) angeordnet ist, wobei dem Oxidationskatalysator ein Sauerstoffspeichermedium fehlt, wobei die Vorrichtung (82, 230) eine Nachbehandlungsvorrichtung ist, die sich am weitesten stromaufwärts in der Abgasanlage (201) befindet; einen Dreiwegekatalysator (80, 232), der in der Abgasanlage (201) stromabwärts der Vorrichtung (82, 230) angeordnet ist; und ein Steuergerät (12), das das Regenerieren eines Partikelfilters mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Gemisch beginnt.
  9. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (12) den dem mindestens einen Zylinder gelieferten Kraftstoff steigert, wenn eine Temperatur des Partikelfilters einen Schwellenwert übersteigt.
  10. Verfahren zum Behandeln von Partikelmaterial eines Benzinmotors (10, 200), welches umfasst: Leiten von Abgasen von dem Benzinmotor (10, 200) zu einer Vorrichtung (82, 230), die einen Oxidationskatalysator und einen Partikelfilter umfasst, wobei die Vorrichtung (82, 230) in der Abgasanlage (201) angeordnet ist und wobei der Vorrichtung (82, 230) ein Sauerstoffspeichermedium fehlt; und Anpassen von dem Benzinmotor (10, 200) geliefertem Kraftstoff als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration in der Abgasanlage (201), wobei die Sauerstoffkonzentration an einer Stelle stromabwärts der Vorrichtung (82, 230) und stromaufwärts eines Dreiwegekatalysators (80, 232) vorliegt, wobei die Stelle eine am weitesten stromaufwärts in der Abgasanlage (201) gelegene Sauerstoffkonzentrationsmessstelle ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen von dem Benzinmotor (10, 200) geliefertem Kraftstoff das Abmagern eines dem Benzinmotor (10, 200) gelieferten Luft/Kraftstoff-Gemisches umfasst, wenn eine Temperatur des Partikelfilters einen Schwellenwert übersteigt und wenn eine von dem Partikelfilter gehaltene Rußmenge einen Schwellenwert übersteigt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Partikeln gehaltene Rußmenge mit einem Druckabfall über dem Partikelfilter in Beziehung steht.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des dem Benzinmotor (10, 200) gelieferten Kraftstoffs dem Dreiwegekatalysator (80, 232) ein im Wesentlichen stöchiometrisches Gasgemisch liefert, wenn der Partikelfilter nicht regeneriert und während der Partikelfilter regeneriert.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des dem Benzinmotor (10, 200) gelieferten Kraftstoffs weiterhin das Anpassen des dem Benzinmotor (10, 200) gelieferten Kraftstoffs als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration von Abgasen an einer Stelle stromabwärts des Dreiwegekatalysators (80, 232) umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, welches weiterhin das Verstellen von Zündung des Benzinmotors (10, 200) auf spät umfasst, wenn eine in dem Partikelfilter gehaltene Rußmenge eine Schwellenmenge übersteigt und wenn eine Temperatur des Partikelfilters kleiner als eine Schwellentemperatur ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, welches weiterhin das Anreichern des dem Benzinmotor (10, 200) gelieferten Kraftstoffs umfasst, wenn eine Temperatur des Partikelfilters einen Schwellenwert übersteigt.
  17. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des dem Benzinmotor (10, 200) gelieferten Kraftstoff das Steigern des dem Benzinmotor (10, 200) gelieferten Kraftstoffs umfasst, wenn eine Sauerstoffkonzentration stromabwärts des Dreiwegekatalysators (80, 232) eine magere Bedingung anzeigt.
  18. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des dem Benzinmotor (10, 200) gelieferten Kraftstoffs das Verringern des dem Benzinmotor (10, 200) gelieferten Kraftstoffs umfasst, wenn eine Sauerstoffkonzentration stromabwärts des Dreiwegekatalysators (80, 232) eine fette Bedingung anzeigt.
  19. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Benzinmotor (10, 200) ein Benzinmotor mit Direkteinspritzung ist.
  20. Verfahren zum Behandeln von Partikelmaterial eines Benzinmotors (10, 200), welches umfasst: Leiten von Abgasen von dem Benzinmotor (10, 200) zu einer Vorrichtung (82, 230), die einen Oxidationskatalysator und einen Partikelfilter umfasst, wobei die Vorrichtung (82, 230) in der Abgasanlage (201) angeordnet ist und wobei der Vorrichtung (82, 230) ein Sauerstoffspeichermedium fehlt; Anpassen von dem Benzinmotor (10, 200) geliefertem Kraftstoff als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration in der Abgasanlage (201), wobei die Sauerstoffkonzentration an einer Stelle stromabwärts der Vorrichtung (82, 230) und stromaufwärts eines Dreiwegekatalysators (80, 232) vorliegt; und Regenerieren eines Partikelfilters beginnend mit einem fetten Luft/KraftstoffGemisch.
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