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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren implementiert in einer Motorsteuerung eines Fahrzeugs, insbesondere eines landgebundenen, vorzugsweise Straßen- und/oder Off-Road-Fahrzeugs, wobei das Verfahren eine Partikelfilter-Regeneration bei einer nach einem Otto-Prinzip arbeitenden, vorzugsweise direkteinspritzenden und/oder saugrohreinspritzenden Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs ausführt, wobei die Partikelfilter-Regeneration eine mehrstufige Regenerationsstrategie verfolgt. Des Weiteren wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches ein derartiges Verfahren implementiert aufweist.
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Aus dem Stand der Technik gehen verschiedene Strategien hervor, wie denn bei einem Straßenfahrzeug den immer schärfer werdenden Abgasvorschriften bei nach dem Otto-Prinzip betriebenen Motoren Rechnung getragen werden könnte. Im Wesentlichen werden hierzu Lösungen eingesetzt, die zum einen die ottomotorische Verbrennung betreffen, zum anderen aber die Abgase und deren katalytische Nachbereitung. Die
DE 10 2006 021 302 B3 beschreibt zum Beispiel ein Verfahren zur Bestimmung einer Rußkonzentration in einem Abgas einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine. Die Rußmenge im Abgas wird mit Hilfe von einem Rechenmodell bestimmt. Hierzu werden Kennfelder verwendet, die in einem stationären Zustand auf dem Motorenprüfstand generiert werden und eine Rußemissionen in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine im Prüfstand wiedergibt. Das Verfahren berücksichtigt dabei, dass die Rußemission und die Stickoxidemission einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine miteinander korrelieren und die Stickoxidemission im Abgas mittels eines Sensors messtechnisch erfasst werden kann. Ausgehend von der gemessenen Stickoxidkonzentration soll unter Hinzunahme entsprechender Kennfelder auf die Rußkonzentration im Abgas geschlossen werden. Das Verfahren berücksichtigt dabei eine passive wie auch eine aktive Regeneration des eingesetzten Partikelfilters. Eine aktive Regeneration kann dabei durch einen Zusatzbrenner oder durch eine Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum erfolgen. Durch diese Vorgehensweise soll ein trade-off an einer Verbrennungskraftmaschine vermieden werden.
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Die
DE 10 2011 107 692 B3 wiederum beschreibt ein Verfahren zur Reaktivierung von Abgasreinigungsanlagen für Magermotoren umfassend einen Oxidationskatalysator und einen Partikelfilter. Dort soll eine Reaktivierung des Partikelfilters während einer Schubabschaltung des Motors erfolgen.
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Die
DE 10 2010 044 102 A1 hingegen beschreibt eine andere Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, die mit einem Partikelfilter versehen ist. Der Abgasstrang umfasst dabei einen Katalysator und diesem nachgeschaltet den Partikelfilter. Ferner ist im Abgasstrang stromaufwärts des Partikelfilters eine Sekundärlufteinlassöffnung zum Einleiten von Sekundärluft über wenigstens ein Flatterventil in den Abgasstrang vorgesehen. Die Druckschrift geht darauf ein, dass für Ottomotoren mit Direkteinspritzung strenge Partikelemissionsgrenzwerte einzuhalten seien. Durch die Sekundäreinlassöffnung ist das Einleiten von Sekundärluft über das Flatterventil und damit das Einleiten von zusätzlichem Sauerstoff für die Oxidierung bzw. Verbrennung der Rußpartikel im Partikelfilter möglich. Somit soll es nicht nötig sein, dem Brennraum der Brennkraftmaschine Sekundärluft zuzuführen, um einen Anteil des unverbrannten Restsauerstoffs im Abgas für die Regeneration des Partikelfilters zu erhöhen. Die Abgasanlage ist mit Brennkraftmaschinen einsetzbar, die eine Schubabschaltung aufweisen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine nach dem Otto-Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine zukunftsfähig hinsichtlich einzuhaltender Abgasnormen gestalten zu können.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Unteransprüchen hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus ein oder mehreren verschiedenen Ausgestaltungen wie auch Unteransprüchen können jedoch auch zu weiteren Ausgestaltungen verknüpft werden. Die jeweiligen unabhängigen Ansprüche und deren Merkmale sind im Übrigen eine erste Formulierung des Erfindungsgegenstands. Daher können ein oder mehrere Merkmale auch zusätzlich hinzugefügt, ausgetauscht und/oder aber auch Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen gestrichen werden, um den Erfindungsgegenstand zu beschreiben.
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Es wird ein Verfahren implementiert in einer Motorsteuerung eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Verfahren eine Partikelfilter-Regeneration bei einer nach einem Otto-Prinzip arbeitenden, vorzugsweise direkteinspritzenden und/oder einer saugrohreinspritzenden Verbrennungskraftmaschine des Straßenfahrzeugs ausführt, wobei die Partikelfilter-Regeneration eine mehrstufige Regenerationsstrategie verfolgt, die zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- – Bestimmen eines Rußgehalts in einem Partikelfilter eines Abgasstrangs der Verbrennungskraftmaschine,
- – Prüfen anhand von zumindest drei verschiedenen Regenerationsstrategien, die jeweils einen unterschiedlichen Eingriff in eine Betriebsstrategie des Straßenfahrzeugs bedingen, welche dieser Regenerationsstrategien zum Einsatz kommt, wobei dabei zumindest eine passive Regenerationsstrategie geprüft und gegebenenfalls angewendet wird, und
- – Regenerieren des Partikelfilters mittels der ausgewählten Regenerationsstrategie.
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Bevorzugt wird das vorgeschlagene Verfahren im Rahmen einer Motorsteuerung für einen Sonderbetrieb der Partikelfilter-Regeneration in der Verbrennungskraftmaschine genutzt. So eignet sich das vorgeschlagene Verfahren insbesondere dazu, einen Durchbruch beziehungsweise eine Verstopfung zu verhindern, sofern der überwiegende Bereich der Aufheizung des Abgasstranges durch die Abgastemperaturen bei einer dem Otto-Verfahren betriebenen Verbrennungskraftmaschine nicht ausreicht, mittels der passiven Regerationsstrategie eine ausreichende Partikelverbrennung im Partikelfilter zu erzielen, um eine Verstopfung desselben zu verringern beziehungsweise zu vermeiden. Zwar ist bei dieser passiven Regeneration gegebenenfalls die Nutzung von Schubphasen vorgesehen, bei der eine Einspritzung ausgeschaltet wird und damit ausreichender Sauerstoff im Partikelfilter vorhanden ist, die Verbrennung auszuführen. Allerdings setzt dieses voraus, dass tatsächlich auch eine ausreichende Temperatur im Partikelfilter zur Entzündung vorliegt. Wird die Verbrennungskraftmaschine und damit das Fahrzeug hingegen nur in einem Kurzbetrieb in der Stadt bewegt, wie dieses mittlerweile aufgrund der immer zunehmenden Urbanisierung der Fall ist, verschiebt sich die Wahrscheinlichkeit zu Ungunsten einer passiven Regenerationsstrategie, dass diese ausreichend ist, auch für alle Möglichkeiten sicherstellend die Durchströmbarkeit des Partikelfilters zu sichern. Dem Rechnung tragend, hat sich nun herausgestellt, dass es allerdings auch nicht genügt, mit einer einzigen speziellen aktiven Regenerationsstrategie tatsächlich für verschiedenste Worst-Case-Szenarien eine ausreichende Gewährleistung der Partikelfiltersäuberung erzielen zu können. Vielmehr hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass insgesamt zumindest drei verschiedene Strategien in Verbindung miteinander erst in der Lage sind, tatsächlich für die verschiedensten Fälle diejenige Zukunftssicherheit zur Verfügung stellen zu können, die es erlaubt, dass auch eine nach dem Otto-Prinzip betriebene Verbrennungskraftmaschine, die einen Partikelfilter aufweist, sicher in allen Betriebsbereichen zu unterschiedlichsten Gegebenheiten genutzt werden kann.
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Insbesondere hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass für Fahrzeuge mit Automatikgetriebe eine Nutzung einer derart abgestuften Betriebsstrategie zusätzliche Vorteile bringt, da je nach ausgewähltem Betrieb des Getriebes dadurch auch eine andere aktive Regenerationsstrategie zum Einsatz kommen kann. So wird zum Beispiel ein Fahrzeug vorgeschlagen, das ein Automatikgetriebe aufweist, wobei das Automatikgetriebe unterschiedliche Betriebsweisen einstellbar aufweist, wobei weiterhin jeder Betriebsweise eine voneinander verschiedene Regenerationsstrategie zugeordnet ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht bei einem Fahrzeug vor, dass zumindest eine der aktiven Regenerationsstrategien verknüpft ist mit einer Beschränkung eines transienten Betriebsverhalten der Verbrennungskraftmaschine. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug das Verfahren derart implementiert aufweist, dass zumindest jede aktive Regenrationsstrategie eine unterschiedlich starke Auswirkung auf ein Betriebsverhalten der Verbrennungskraftmaschine aufweist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zuerst eine passive Regenerationsstrategie geprüft wird, bevor eine der anderen Regenerationsstrategien gemäß des obigen Vorgehens geprüft und gegebenenfalls angewendet wird. Die Partikelfilterbeladung des Rußpartikelfilters kann hierbei beispielsweise über eine Differenzdruckmessung über den Rußpartikelfilter festgestellt werden. Zusätzlich wie aber auch alternativ hierzu kann ein Rußbeladungsniveau auch mittels eines Rußbeladungsmodells, über eine Auswertung von vorhandenen Fahrdaten beziehungsweise Umgebungsdaten vorhergesagt werden oder in anderer Weise die Rußpartikelfilterbeladung abgeschätzt werden. Aus dem oben genannten Stand der Technik gehen ebenfalls unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen hervor, mit denen die Rußpartikelfilterbeladung festgestellt wird. Auf diese wird ebenfalls verwiesen. Beispielsweise kann die Rußbeladung dadurch ermittelt werden, dass ein oder mehrere der nachfolgenden Daten erfasst werden: Beispielsweise eine Fahrstrecke und ihr geologisches Profil, herrschende Verkehrsbedingungen, insbesondere Staunachrichten, gemessene Verkehrsgeschwindigkeiten, von Fahrzeugen in unmittelbarer Nähe übersandte Informationen, klimatische Verhältnisse wie Temperatur und Luftfeuchte entlang der Fahrstrecke, eingestellt Fahrprofile beispielsweise hinsichtlich der im Steuergerät hinterlegten Fahrprofile, der bei einem Automatikgetriebe gewünschten Vorgehensweise des Schaltens wie auch durch andere geeignete Maßnahmen.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine passive und zwei aktive Regenerationsstrategien nacheinander oder parallel geprüft werden, wobei zumindest eine der Regenerationsstrategien ausgewählt und ausgeführt wird, deren Erfolg überprüft wird und bei nicht ausreichendem Erfolg eine der anderen Regenerationsstrategien ausgeführt und wiederum auf den Erfolg geprüft wird, wobei sich zumindest eine weitere Regeneration anschließen kann. Insbesondere kann in Abhängigkeit von einem festgestellten Zustand eine Wiederholung zumindest einer Regenerationsstrategie, vorzugsweise von zumindest zwei aktiven Regenerationsstrategien erfolgen. Ein Erfolg einer Regeneration ist vorzugsweise vorgebbar. Dieser Erfolg ist gemäß einer Ausgestaltung beispielsweise anhand von zumindest einem, insbesondere zwei Parametern überprüfbar. Dieser Wert kann zum Beispiel ein Druckverlust über den Partikelfilter, ein Parameter aufgenommen stromabwärts hinter dem Partikelfilter, eine Beladung des Partikelfilters, ein sonstiges messbares Verhalten des Partikelfilters aufgrund einer Rußbeladung oder Sonstiges sein.
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Bevorzugt sieht das Verfahren vor, dass beim Prüfen der zumindest vier Regenerationsstrategien folgendes geprüft wird:
- – (a) Prüfen, ob eine passive Partikelfilter-Regeneration ausreicht,
- – (b) Prüfen, ob eine erste aktive Regenerationsstrategie beinhaltend eine Schubabschaltungsphase mit auftretendem heißen Abgas ausreicht,
- – (c) Prüfen, ob eine zweite aktive Regenerationsstrategie beinhaltend einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bei einer niedrigen Teillast in einem Magerbetrieb mit Einstellung einer Spätzündung zur Erhöhung einer Abgastemperatur ausreicht,
- – (d) Prüfen, ob eine dritte aktive Regenerationsstrategie beinhaltend ein Abschalten einer Kraftstoffeinspritzung bei zumindest einzelnen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine in einem niedrigen Teillastpunkt ausreicht.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Verfahren die Schritte (a) bis (d) in dieser Reihenfolge prüft und diese gegebenenfalls sodann einzeln ausgeführt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Verfahren die Schritte (a) bis (d) zumindest teilweise gleichzeitig ausführt.
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Bevorzugt wird bei einem Prüfen, ob die jeweils gewählte beziehungsweise wählbare Regenerationsstrategie ausreichend ist, mitgeprüft, inwiefern denn bei einer der zumindest drei, bevorzugt vier Regenerationsstrategien tatsächlich eine ausreichende Regenerierung erzeugbar ist. Hierzu ist gemäß einer Ausgestaltung beispielsweise vorgesehen, dass die Filterbeladung festgestellt und zum anderen über ein zum Beispiel Abbrandmodell geprüft wird, ob denn mittels der jeweiligen Regenerationsstrategie tatsächlich die ermittelte Filterbeladung ausreichend abgebrannt werden kann. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei einer jeweiligen Prüfung immer wieder auf das gleiche Modell zur Abschätzung der Filterpartikelbeladung zugegriffen wird. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass auch für die Klärung, ob die jeweilige Regenerationsstrategie einen ausreichend Abbrand zur Verfügung stellt, auf die gleiche Funktion zurückgegriffen wird, zum Beispiel auf ein Abbrandmodell. Eine weitere Ausgestaltung wiederum sieht vor, dass je nach zu prüfender Regenerationsstrategie eine spezielle Funktion beziehungsweise ein spezielles Modell gewählt wird, mit dem der Erfolg der jeweiligen Regenerationsstrategie auf die Rußfilterbeladung ermittelt, insbesondere abgeschätzt wird. Wiederum gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auch für die Ermittlung der Rußfilterbeladung unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung stehen. Hierbei kann gegebenenfalls auf unterschiedliche Ermittlungen im Rahmen der Prüfung zurückgegriffen werden. Dieses kann beispielsweise davon abhängig sein, ob eine Kurzzeit- oder Langzeitprüfung erfolgt. Auf diese Weise besteht zum Beispiel die Möglichkeit, dass mittels einer aufwendigeren Überprüfung der Partikelfilterbeladung beispielsweise Abweichungen bei anderen Messmethoden oder modellhaften Berechnungen, wie sie beispielsweise durch Alterung, sonstige Ablagerungen wie aber auch Effekte wie einer permanenten Ablagerung von Rußpartikeln bei einer direkteinspritzenden und/oder mit einer Saugrohreinspritzung versehenen Verbrennungskraftmaschine mit dem Otto-Betrieb einstellen kann, aufgefangen werden.
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Eine Weiterbildung des Verfahrens beinhaltet, dass beim Bestimmen des Rußgehalts eine Abschätzung mittels eines Rußentstehungsmodells erfolgt, welches zumindest einen der folgenden Faktoren berücksichtigt, vorzugsweise zumindest die folgenden Faktoren berücksichtigt: einen Ölverbrauch, einen Rußausstoß in Abhängigkeit von einer Drehzahl und/oder einer Last, ein oder mehrere Korrekturfaktoren, welche in Abhängigkeit von einem implementierten Wandfilmmodell einer ottomotorischen Verbrennung ermittelt werden, und ein oder mehrere Umgebungsbedingungen.
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Im Übrigen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verfahren auf einen permanenten wie auch auf einen flüchtigen Speicher zugreifen kann. Während im permanenten Speicher die jeweiligen Regenerationsstrategien hinterlegt sind, ermöglicht der Zugriff auf einen flüchtigen Speicher die Möglichkeit, dort Ergebnisse der jeweiligen Prüfungen, angepasste Zielgrößen, Ergebnisse und Modellrechnungen wie auch Abschätzungen für den konkreten Zeitpunkt hinterlegen zu können, diese aber zum Beispiel fortlaufend anzupassen beziehungsweise auch überschreiben zu können.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Verfahren beim Bestimmen des Rußgehalts ein Abbrandmodell nutzt, welches basierend auf einem vorhandenen Sauerstoffanteil, einem Abgasmassenstrom und einer Filtertemperatur eine quantitative Abschätzung einer Partikelfilter-Regeneration vornimmt.
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Insbesondere kann das Verfahren vorsehen, dass eine Partikelanzahl ermittelt wird, wobei bevorzugt bei Überschreiten eines vorgebbaren Höchstwerts eine Regeneration des Partikelfilters ausgelöst wird.
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Eine beispielsweise bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die jeweils aktive Regenerationsstrategie in einer Reihenfolge mit zunehmendem Wirkungsgrad der zur Verfügung stehenden Regenerationsstrategien, aber auch mit zunehmendem Einfluss auf die Fahrbarkeit des Fahrzeuges schrittweise geprüft werden. Sollte sich herausstellen, dass beispielsweise die passive Partikelfilterregenerationsstrategie nicht ausreichend ist, wird zuerst diejenige aktive Regenerationsstrategie überprüft, die den geringsten Einfluss auf die Fahrbarkeit des Fahrzeugs aufweist. Unter dem Einfluss auf die Fahrbarkeit ist insbesondere jede Vorgabe hinsichtlich der Bereitstellung einer Kraftstoffeinspritzung beziehungsweise deren Unterbindung zu verstehen, insbesondere unter Berücksichtigung des aktuellen Fahrbetriebes. So kann beispielsweise die Zunahme des Einflusses über beispielsweise das Motorsteuergerät dazu führen, dass in einer ersten aktiven Regenerationsstrategie versucht wird, eine Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, eine Schubabschaltungsphase mit heißen Abgastemperaturen im durch den Fahrer gewählten Betriebsmodus zu erhalten. Hierzu kann beispielsweise eine Anpassung von Einschaltbedingungen der Schubabschaltung vorgenommen werden, zum Beispiel mittels einer tieferen Drehzahlschwelle. Auch kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Getriebestrategien nicht zugelassen werden, beispielsweise wie dieses durch ein Sailing ansonsten möglich wäre. Eine derartige Strategie würde durch den Nutzer des Straßenfahrzeuges voraussichtlich nur sehr wenig bemerkt werden, könnte jedoch schon eine für eine Vielzahl an durch passive Partikelfilterregeneration noch nicht ausreichende Reinigung vorliegende Fälle genügen.
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Eine weitere Stufe sieht beispielsweise vor, dass nach einiger Zeit, in der die vorherige Stufe mit der vorherigen aktiven Regenerationsstrategie nicht zu einem, beispielsweise durch eine einstellbare Vorgabe abprüfbaren Erfolg hinsichtlich der Partikelfilterreinigung geführt hat, aktiviert wird. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen werden, dass die Verbrennungskraftmaschine nunmehr bei einer niedrigen Teillast mager betrieben wird, das heißt mit einem λ > 1. Bevorzugt wird dieses im Zusammenspiel mit einer Spätzündung ausgeführt. Hierbei kann beispielsweise auch eine Verstellung der Zündung nach spät erfolgen. Dieses wird insbesondere dazu genutzt, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Allerdings ist eine derartige Lösung gegebenenfalls ebenfalls auf einen gewissen Zeitrahmen angewiesen, innerhalb der diese weitere aktive Regenerationsstrategie ausgeführt werden muss. Dieses kann beispielsweise daran liegen, dass die gewählte Strategie eine gewisse Trägheit aufweist. Führt nunmehr das vom Nutzer gewollte Fahrverhalten dazu, dass diese zweite, aktive Regenerationsstrategie nicht weiter verfolgbar sondern unterbrochen beziehungsweise abgebrochen werden muss, kann es dazu führen, dass keine ausreichende Reinigung des Partikelfilters durch Abbrand erfolgt. Daher kann in einer derartigen Situation beispielsweise vorgehen sein, die dritte, aktive Regenerationsstrategie zum Einsatz zu bringen. Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise dafür vorgesehen, dass ein Abbruchkriterium hinterlegt ist, ab dem die erste, zweite Regenerationsstrategie unterbrochen wird und dann zu der dritten, aktiven Regenerationsstrategie gewechselt wird. Hierbei kann beispielsweise gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass in niedrigen Teillastpunkten eine Einspritzung auf einzelne Zylinder der Verbrennungskraftmaschine abgeschaltet wird. Dadurch wird Sauerstoff in den Abgasstrang durch diese Zylinder geschoben und damit die Möglichkeit geschaffen, eine erhöhte Abbrandtemperatur und damit ein besseres Verbrennen der im Rußpartikelfilter enthaltenen Partikel zu erhalten. Dieses kann dadurch unterstützt werden, dass beispielsweise eine Zündung nach spät verstellt oder aber auch eine Spätzündung als solches erfolgt, um darüber wiederum die Abgastemperatur zusätzlich zu erhöhen.
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Sofern auch diese vierte Regenerationsstrategie in ihrer aktiven Form beispielsweise noch nicht ausreichend sein sollte, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass noch eine darüber hinausgehende zusätzliche Aktivierung erfolgt. Insbesondere ist aber ebenfalls vorgesehen, dass bei einem Nichterreichen eines zu erzielenden Ergebnisses der Partikelfilterreinigung schließlich ein Signal erzeugt werden kann, welches schließlich zu einer Warnfunktion an den Nutzer der Verbrennungskraftmaschine führen kann. Insbesondere kann darüber auch eine Fehlermeldung erfolgen, die die Verbrennungskraftmaschine in einen gezielten Betriebsmodus überführt, der eine Schädigung von Bauteilen der Verbrennungskraftmaschine durch eine nicht ausreichende Partikelfilterreinigung verhindern soll. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass diese Einschränkung durch das Motorsteuergerät umso drastischer wird, je länger der Nutzer des Fahrzeuges eine gegebenenfalls ausgegebene Warnung, beispielsweise angezeigt in einem Display des Straßenfahrzeuges, ignoriert. Dadurch soll insbesondere verhindert werden, dass ein Zustand erreicht wird, bei dem es zu Zerstörungen von Komponenten der Verbrennungskraftmaschine und der nachgeordneten Abgasanlage kommt. Auch kann beispielsweise ein derartiger Schutz vorgesehen sein, um eine zu hohe Verbrennungstemperatur durch eine zu hohe Zugabe von unverbranntem Kraftstoff zu verhindern, welches ansonsten zu einer Schädigung nicht nur des Partikelfilters sondern gegebenenfalls von den Partikelfilter umgebenden Komponenten des Fahrzeuges führen kann.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie aber auch in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Verfahren nutzbar ist, wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug und/oder ein Off-Road-Fahrzeug mit einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise mit Direkteinspritzung und/oder Saugrohreinspritzung mit einem Abgasstrang, in dem ein Partikelfilter angeordnet ist, mit einem Motorsteuergerät vorgeschlagen, wobei das Motorsteuergerät einen flüchtigen und einen nichtflüchtigen Speicher aufweist, mit einem implementierten Verfahren zur Partikelfiltergeneration, vorzugsweise mit einem Verfahren wie oben beziehungsweise wie auch nachfolgend noch näher beschrieben, wobei zumindest drei, bevorzugt vier verschiedene Partikelfilter-Regenerationsstrategien in dem Verfahren implementiert sind, die jeweils einen unterschiedlichen Einfluss mittels des Motorsteuergeräts auf den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine nehmen, und mit einer implementierten Ermittlung eines Beladungszustands des Partikelfilters, die bevorzugt im Motorsteuergerät implementiert ist.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Straßenfahrzeug neben dem Motorsteuergerät zumindest noch ein weiteres Steuergerät vorsieht, welches bei der Partikelfilterregenration zum Einsatz kommt. Neben der Möglichkeit, auf diese Weise eine zumindest teilweise Redundanz zu ermöglichen, insbesondere eine Kontrollmöglichkeit durch unabhängige Gegenrechnung, besteht vor allem aber die Möglichkeit, Rechenoperationen aufteilen zu können. Ist beispielsweise das Motorsteuergerät mit anderen zusätzlichen Aufgaben beschäftigt, kann das andere Steuergerät beispielweise Operationen übernehmen, die ansonsten das Motorsteuergerät ausführt.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Motorsteuergerät und/oder zumindest ein mit diesem verbundenes Steuergerät als Parallelrechnerverbund arbeiten. Dadurch kann eine Rechenkapazität erhöht und insbesondere auch in einem transienten Fahrbetrieb eine genaue Überwachung der Regeneration gewährleistet bleiben.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass zumindest jede aktive Regenerationsstrategie eine unterschiedlich starke Auswirkung auf ein Betriebsverhalten der Verbrennungskraftmaschine aufweist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der aktiven Regenerationsstrategien verknüpft ist mit einer Beschränkung eines transienten Betriebsverhaltens der Verbrennungskraftmaschine. Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass das Fahrzeug ein Automatikgetriebe aufweist, wobei das Automatikgetriebe unterschiedliche Betriebsweisen einstellbar aufweist, wobei weiterhin jeder Betriebsweise eine voneinander verschiedene Regenerationsstrategie zugeordnet ist.
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Weiterhin kann die vorgeschlagene Erfindung nicht nur bei Landfahrzeugen wie Straßenfahrzeugen oder Off-Road-Fahrzeugen wie beispielsweise Geländefahrzeugen, Kettenfahrzeugen, Baufahrzeugen oder auch Schneemobilen zum Einsatz kommen. Auch andere Fahrzeuge wie Seefahrzeuge oder Luftfahrzeuge können zumindest das Verfahren implementiert aufweisen. Ebenso kann das Verfahren auch bei Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz kommen, die in Arbeitsmaschinen integriert sind, in stationären wie auch in mobilen Anlagen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Die aus den Figuren entnehmbaren Einzelheiten sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmale aus ein oder mehreren Figuren mit anderen Merkmalen aus anderen Ausgestaltungen aus den Figuren wie auch aus der obigen Beschreibung zu Weiterbildungen verknüpft werden. Insbesondere sind die jeweiligen Figuren und dargestellten Ausgestaltungen erläuternd auszulegen und sollen eine von verschiedenen Möglichkeiten zur Umsetzung der Erfindung aufzeigen. Es zeigen im Folgenden:
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1 einen Ausschnitt aus einem Fahrzeug, vorzugsweise Straßenfahrzeug mit einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine mit Direkteinspritzung und einem in einem Abgasstrang angeordneten Partikelfilter nebst zugehörigem Motorsteuergerät und dort implementierten Verfahren gemäß der Erfindung,
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2 eine erste beispielhafte Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens, und
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3 eine zweite Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Straßenfahrzeug 1 mit einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine 2 mit Direkteinspritzung. Die Verbrennungskraftmaschine 2 weist zum Beispiel eine erste Zuführung 3 auf, über die Luft bzw. ein Luft/Abgas-Gemisch zugeführt wird. Eine zweite Zuführung 4 ist beispielsweise für den direkt einzuspritzenden Treibstoff vorgesehen. Eine erste Abführung 5 ist einem Abgasstrang 6 zugeordnet. Die erste Abführung 5 führt zu einem Partikelfilter 7. Von diesem strömt das Abgas über eine zweite Abführung 8 schließlich in die Umwelt. Der Partikelfilter 7 weist beispielsweise einen ersten Sensor 9 auf. Genauso kann auch vor wie auch nach dem Partikelfilter 7 ein zweiter Sensor 10 vorgesehen sein. Die beiden Sensoren 9, 10 sind mit einem Motorsteuergerät 11 verbunden, in dem das vorgeschlagene Verfahren implementiert ist. Somit kann eine Partikelfilterbeladung bestimmt werden. Das Verfahren 12 ist hier angedeutet. Das Motorsteuergerät 11 kann mit einem zweiten Steuergerät 13 verbunden sein. Das zweite Steuergerät 13 kann redundant zum Motorsteuergerät 11 wie aber auch für das Motorsteuergerät 11 Aufgaben übernehmen. Das Motorsteuergerät 11 wiederrum führt das Verfahren 12 aus und wirkt hierfür auf die Verbrennungskraftmaschine 2 wie aber auch gegebenenfalls auf weitere notwendige Bauteile entsprechend ein. Nachfolgend werden verschiedene Möglichkeiten zur Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens 12 beispielhaft näher erläutert.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens. Zu Beginn eines Betriebs des Fahrzeugs durch Inbetriebnahme beispielsweise der Verbrennungskraftmaschine wird eine erste Prüfung initiiert, angedeutet durch den Start 14. Vom Start 14 aus geht es zu einer ersten Abfrage 15, die zum Inhalt hat, ob ein Rußgehalt in einem Partikelfilter eines Abgasstrangs der Verbrennungskraftmaschine nicht zu hoch ist, ob daher die bisherige Partikelfilterreinigung ausreichend war oder ob eine Partikelfilterreinigung demnächst zu beginnen hat. So kann beispielsweise in dieser ersten Abfrage 15 geprüft werden, ob nicht beispielsweise zuerst einmal eine passive Regenerierung erfolgen solle. Auch kann geprüft werden, ob eine passive Regenerierung ausreichend war. Sollte dies jeweils der Fall sein, wird wieder zurückgegangen auf die Startposition mit der Ziffer 14. Ist hingegen mittels einer passiven Regenerationsstrategie keine ausreichende Partikelfilterregenerierung möglich oder zeigt sich, dass die zur Verfügung stehende Speicher-Möglichkeit so begrenzt ist, dass eine passive Regenerierung voraussichtlich nicht ausreichend sein dürfte, zum Beispiel da zu langsam, kann somit zu einem nächsten Schritt 16 weitergegangen werden. In diesem Schritt 16 wird beispielsweise eine erste aktive Regenerationsstrategie vorgenommen, beispielsweise eine Schubabschaltung initiiert, bei der die auftretenden heißen Abgase direkt in den Partikelfilter geleitet werden. Sonach wird überprüft, ob denn diese Partikelfilterregeneration ausreichend war. Ist dieses nicht der Fall, kann beispielsweise in dieser zweiten Abfrage 17 entschieden werden, eine zweite aktive Regenerationsstrategie anzuwenden, wie sie im Schritt 18 ausgeführt wird. Auch besteht die Möglichkeit, sollte die erste, aktive Regenerierung nicht ausreichend sein, diese wiederholen zu können. Sollte wiederrum jedoch dieses erste, aktive Regenerieren zum Erfolg führen, so dass der Partikelfilter wieder eine ausreichende Filtration zulässt, kann abgebrochen werden und beispielsweise nach einiger Zeit oder dann, wenn beispielsweise eine Berechnung eines Rußgehalts des Partikelfilters es angibt, wieder mit dem Schritt 14 und den nachfolgenden Schritten begonnen werden. Führt die zweite, aktive Regenerationsstrategie zum Erfolg, kann daraufhin abgebrochen werden. Führt sie beispielsweise nicht zum Erfolg, kann diese wiederholt werden oder aber es kann beispielsweise eine weitere dritte, aktive Regenerationsstrategie eingeleitet werden. Während beispielsweise die zweite, aktive Regenerationsstrategie vorsieht, den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bei einer niedrigen Teillast in einem Magerbetrieb mit Einstellung einer Spätzündung zur Erhöhung einer Abgastemperatur vorzusehen, kann die dritte, aktive Regenerationsstrategie zum Beispiel beinhalten, ein Abschalten einer Kraftstoffeinspritzung bei zumindest einzelnen Zylindern der Verbrennungskraftmaschinen einen niedrigen Teillastpunkt vorzusehen. Bevorzugt ist somit nach jeder Regenerationsstrategie eine Überprüfung des Ergebnisses mit Hinblick auf die mögliche weitere Filtrationsfähigkeit des Partikelfilters einhergehend. Des Weiteren besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, dass die verschiedenen aktiven Regenerationsstrategien durchlaufen werden und erst anschließend geprüft wird, ob denn tatsächlich dieses zum Erfolg geführt hat, bevor nochmal eine Auswahl von ein oder mehreren der verschiedenen Regenerationsstrategien eingeleitet wird. Ein derartiger kaskadenförmiger Ablauf hat somit die Möglichkeit, insbesondere auch bei nicht erfolgreichem, das heißt insbesondere nicht vollständigem Verbrennen der gefilterten Rußpartikelfilter über entsprechende Nachfolgemaßnahmen sicherzustellen, dass es zum Beispiel zu keiner Schädigung einer Komponente der Verbrennungskraftmaschine kommt, insbesondere es nicht zu einer unkontrollierten Verbrennung von Rußpartikeln im Rußpartikelfilter und damit zur thermischen Schädigung kommt. Auch kann über die kaskadenförmige Gestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, dass an entsprechender Stelle eine Fehlermitteilung an die Motorsteuerung ergeht und schließlich durch Eingriff derselben in die Betriebsstrategie der Verbrennungskraftmaschine eine gegebenenfalls ansonsten mögliche Schädigung durch Sperren von Fahr- beziehungsweise Lastbereichen wie Höchstlast oder ähnlichem Rechnung getragen und dadurch vermieden werden kann.
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3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung eines möglichen Ablaufs des vorgeschlagenen Verfahrens. Beispielsweise kann in einem ersten Schritt 20 festgestellt werden, ob der Partikelfilter überhaupt funktioniert beziehungsweise wie denn dessen Beladungszustand aktuell ist. In einem nachfolgenden Schritt 21 kann sodann eine Überprüfung erfolgen, ob aufgrund von beispielsweise vorgebbaren Parametern die festgestellte Partikelfilterbelastung es notwendig macht, eine Regenerierung zu initiieren. Ist dieses beispielsweise der Fall, kann im Rahmen des Schrittes 21 beispielsweise auch direkt entschieden werden, welche der verschiedenen Möglichkeiten an Regenerationsstrategien überhaupt genutzt wird. So kann beispielsweise direkt ausgewählt werden zwischen einer passiven Regenerationsstrategie 22, einer ersten, aktiven Regenerationsstrategie 23, einer zweiten, aktiven Regenerationsstrategie 24 und einer, dritten Regenerationsstrategie 25. Die aktiven Regenerationsstrategien unterscheiden sich jeweils durch unterschiedliche Eingriffe auf den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine vor allem mittels des Motorsteuerungsgeräts. Diese Regenerationsstrategien werden alternativ seitens des Verfahrens zur Verfügung gestellt. Im Anschluss an das Ausführen einer dieser Regenerationsstrategien kann sodann abgefragt werden, ob die erzielte Maßnahme ausreichend war. In diesem Überprüfungsschritt 26 kann sodann entschieden werden, die Regenerierung zu wiederholen, weil beispielsweise noch nicht ausreichend der Partikelfilter freigebrannt werden konnte. Zum anderen kann aber auch beispielsweise aufgrund des Fahrverhaltens des Nutzers des Straßenfahrzeuges sich die Situation einstellen, dass eine der verwendeten Regenerationsstrategien nunmehr durch eine andere Regenerationsstrategie zu ersetzen sei.
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Diese so schematisch jeweils vorgestellten Möglichkeiten zeigen nur Beispiele von unterschiedlichen Verfahrensabläufen auf. Insbesondere können die Verfahrensabläufe Mischungen von den aus 2 und 3 hervorgehenden, unterschiedlichen Gestaltungen aufweisen, wie auch zusätzliche Elemente, die so als Abfragen keinerlei Erwähnung bisher fanden. Insbesondere ist die Regenerierungsstrategie eingebettet in eine Fahrstrategie, die beispielsweise nutzerabhängig seitens des Motorsteuergerätes vorgenommen werden kann. Das beinhaltet insbesondere auch die Möglichkeit, dass selbstlernende Systeme hierbei mit zur Anwendung gelangen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006021302 B3 [0002]
- DE 102011107692 B3 [0003]
- DE 102010044102 A1 [0004]
