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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters.
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Eine Abgasanlage eines Fahrzeugs umfasst unter anderem einen Partikelfilter, mit dem es möglich ist, Partikel, bspw. Asche, aus Abgas eines Verbrennungsmotors bzw. einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs zu filtern.
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Ein Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem und ein Verfahren zu dessen Betrieb sind in der Druckschrift
DE 10 2010 006 042 A1 beschrieben.
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Ein Verfahren zur Regeneration eines elektrisch beheizten Partikelfilters während eines Start-Stopp-Betriebs einer Maschine ist aus der Druckschrift
DE 10 2010 024 857 A1 bekannt.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 010 189 A1 beschreibt ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters eines Fahrzeugs.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regenerierung eines Stickoxid-Speicherkatalysators sind in der Druckschrift
DE 10 2012 018 673 A1 beschrieben.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2013 202 142 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters bekannt.
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Eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug ist in der Druckschrift
EP 2 824 300 A1 beschrieben.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Partikelfilter für einen Verbrennungsmotor zu reinigen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Ausführungsformen des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben eines Partikelfilters einer Abgasanlage eines Fahrzeugs vorgesehen, der einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs nachgeschaltet ist. Bei einem Betrieb des Fahrzeugs ist vorgesehen, dass Fahrphasen und Ruhephasen bzw. mindestens eine Fahrphase und mindestens eine Ruhephase des Verbrennungsmotors abgewechselt werden, wobei für den Fall, dass für den Partikelfilter eine Regeneration vorgesehen und/oder durchzuführen ist, der Verbrennungsmotor nach Erreichen einer stationären Leerlauftemperatur in dem Partikelfilter des Fahrzeugs so lange und/oder so häufig in einer jeweiligen Ruhephase gestoppt wird, bis der Partikelfilter eine zur Regeneration vorgesehene minimale Temperatur erreicht, die oberhalb der stationären Leerlauftemperatur liegt.
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Der Verbrennungsmotor bleibt also bis zum Erreichen der minimalen Regenerationstemperatur in den Fahrphasen, d. h. in mindestens einer Fahrphase, und in den dazwischenliegenden Ruhephasen, d. h. in mindestens einer Ruhephase, angeschaltet. Das bedeutet, dass der Verbrennungsmotor auch in der mindestens einen Ruhephase lediglich gestoppt, nicht aber abgeschaltet wird.
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Der Verbrennungsmotor wird demnach bis zum Erreichen der zur Regeneration vorgesehenen minimalen Temperatur in den jeweiligen Ruhephasen gestoppt, obwohl üblicherweise von einem Steuergerät des Verbrennungsmotors in einer Ruhephase eigentlich ein Leerlauf bzw. eine Leerlaufphase angefordert wird und/oder durchführbar ist.
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Die zur Regeneration vorgesehene minimale Temperatur ist größer als eine Oxidationstemperatur von Partikeln, wobei diese Partikel bei einer Verbrennung von Kraftstoff durch den Verbrennungsmotor entstehen.
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Die Regeneration ist durchführbar, wenn eine Temperatur der Partikel größer als eine stationäre Temperatur von Abgas des Verbrennungsmotors im Leerlauf des Fahrzeugs, im Folgenden kurz als stationäre Leerlauftemperatur bezeichnet, ist, wobei das Abgas ebenfalls beim Verbrennen des Kraftstoffs durch den Verbrennungsmotor entsteht. Die stationäre Leerlauftemperatur gibt die im Leerlauf des Verbrennungsmotors maximal erreichbare und haltbare Temperatur des Abgases an.
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Soll die Regeneration durchgeführt werden und ist die stationäre Leerlauftemperatur bereits erreicht, so wird der Verbrennungsmotor in der mindestens einen Ruhephase in einem Stopp-Betrieb betrieben und somit gestoppt. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, den Verbrennungsmotor in der mindestens einen Ruhephase in einem Freilauf-Motor-Aus-Betrieb zu betreiben und somit zu stoppen. In der Regel sind im Rahmen des Verfahrens mehrere aufeinanderfolgende Ruhephasen vorgesehen, wobei in jeweils einer Ruhephase der Stopp-Betrieb und/oder der Freilauf-Motor-Aus-Betrieb durchgeführt und der Verbrennungsmotor gestoppt wird.
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Dabei wird die Temperatur des Partikelfilters in mindestens einer Fahrphase erhöht und in mindestens einer Ruhephase, wenn er gestoppt wird, im Wesentlichen beibehalten.
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In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens wird für den Verbrennungsmotor eine intelligente Start-Stopp-Strategie durchgeführt, bei der eine stationäre Temperatur des Abgases des Verbrennungsmotors im Leerlauf, d. h. die stationäre Leerlauftemperatur unter Berücksichtigung von verbrennungsmotorischen Maßnahmen zur Erhöhung der Temperatur des Abgases in der mindestens einen Ruhephase genutzt und/oder berücksichtigt und die Temperatur des Abgases ausgehend davon erhöht wird. Ab einer Temperatur des Partikelfilters, die aufgrund des Fahrbetriebs in Fahrphasen oberhalb der stationären Temperatur des Abgases, aber noch unterhalb der Oxidationstemperatur des Rußes liegt, wird in der mindestens einen Ruhephase bspw. der Stopp-Betrieb und somit ein Motor-Stopp erlaubt, da ein ansonsten üblicher Leerlauf während einer Ruhephase zu einem Abkühlen des Partikelfilters führen würde und demnach für das Verfahren kontraproduktiv wäre. Hierzu wird die stationäre Leerlauftemperatur des Fahrzeugs und/oder des Verbrennungsmotors hinsichtlich der notwendigen Oxidationstemperatur modelliert, wobei diese Leerlauftemperatur eine zu berücksichtigende Kenngröße zur Freigabe der Start-Stopp-Strategie ist. Im Rahmen des Verfahrens wird ein letzter Temperaturhub ausgehend von der stationären Leerlauftemperatur durch Freigabe der Start-Stopp-Strategie, d. h. durch den Fahrbetrieb in den Fahrphasen sowie durch den Stopp-Betrieb in den Ruhephasen erreicht. Alternativ oder ergänzend kann zu der Start-Stopp-Strategie auch eine Freilauf-Motor-Aus (FMA)-Strategie bzw. eine Freilauf-Aus-Strategie des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden, da die Freilauf-Motor-Aus-Strategie denselben Einfluss auf die Temperatur des Partikelfilters wie die Start-Stopp-Strategie bzw. ein entsprechender Start-Stopp-Betrieb hat.
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Bei einer möglichen Durchführung des Verfahrens ergibt sich unter anderem, dass die Regeneration des Partikelfilters in einem Fahrprofil mit häufigem Stopp-Betrieb anstelle eines Leerlauf-Betriebs schneller und unter einem geringeren Energieeinsatz bzw. Kraftstoffverbrauch durchgeführt werden kann.
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Im Rahmen der durchzuführenden Start-Stopp-Strategie wird berücksichtigt, dass der Verbrennungsmotor im Leerlauf in einem niedrigen Lastpunkt betrieben wird. Dabei kann eine nach einer Fahrphase erreichte Temperatur, die oberhalb der stationären Leerlauftemperatur liegt, im Leerlauf des Verbrennungsmotors nicht als stationäre Temperatur gehalten werden. Im Rahmen des Verfahrens ist zu berücksichtigen, dass nach Erreichen der stationären Leerlauftemperatur durch Stoppen bzw. Anhalten des Verbrennungsmotors in der mindestens einen Ruhephase nach einer Fahrphase im Gegensatz zu einem Leerlauf aufgrund einer spezifischen Wärme des Verbrennungsmotors und/oder des Partikelfilters die Temperatur bzw. Temperaturen des Verbrennungsmotors und/oder des Partikelfilters, die durch die Fahrphase erreicht wurde bzw. wurden und die oberhalb der stationären Leerlauftemperatur liegt bzw. liegen, konserviert, d. h. beibehalten und nicht aktiv wieder auf die stationäre Leerlauftemperatur runtergekühlt wird bzw. werden. Dadurch wird der Partikelfilter energieeffizient sukzessive nach Durchlauf einer Anzahl von Fahrt- und Ruhephasen auf die zur Regeneration vorgesehene minimale Temperatur erwärmt, ohne in den Ruhephasen unnötigerweise jeweils wieder bis maximal auf die stationäre Leerlauftemperatur abgekühlt zu werden.
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Das Verfahren ist bspw. für ein Fahrzeug geeignet, mit dem die Start-Stopp-Strategie durchführbar ist und das auf einer Hybrid-Technologie beruht und demnach zum Antreiben neben dem Verbrennungsmotor mindestens ein weiteres Antriebsaggregat, üblicherweise mindestens eine Elektromaschine, aufweist.
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Durch Umsetzung des Verfahrens ist der Partikelfilter in der Abgasanlage des Fahrzeugs auf eine ausreichend hohe Temperatur heizbar, bei der der Partikelfilter von Ruß und/oder Asche als mögliche Partikel gereinigt wird. Falls der Partikelfilter über ein bestimmtes Maß hinaus mit Partikeln beladen ist, wird der Verbrennungsmotor durch eine an das Verfahren angepasste Strategie zur Realisierung eines Laufs des Verbrennungsmotors betrieben. Hierbei wird der Partikelfilter während der Fahrphasen und der Ruhephasen ausreichend aufgeheizt, wobei die in den Partikelfilter eingetragenen Partikel, üblicherweise Ruß, oxidiert werden.
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Das Verfahren ist bspw. für einen als Ottopartikelfilter ausgebildeten Partikelfilter durchführbar, der dazu ausgebildet ist, Partikel eines als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungsmotors zu filtern, mit dem als Kraftstoff Benzin verbrannt wird.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, bspw. den Leerlauf in Kombination mit anderen motorischen Maßnahmen, bspw. einer Zündwinkelspätverstellung oder einem Lambda-Eingriff, zum Erhitzen eines Partikelfilters zu nutzen. Ein dabei entstehender Enthalpiestrom von Abgasen des Verbrennungsmotors führt zu einem Anstieg der Temperatur im Partikelfilter. Allerdings ist ein derartiger Anstieg der Temperatur durch einen Massestrom, der sich durch eine Drehzahl im Leerlauf des Verbrennungsmotors und die zusätzlichen motorischen Maßnahmen ergibt, begrenzt. Somit ist es beim Vorsehen eines Leerlaufs nicht möglich, den Partikelfilter auf eine Temperatur von bspw. mehr als 600 °C zu erwärmen, bei der bspw. Ruß oxidiert.
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Im Rahmen des Verfahrens werden nunmehr eine pauschale Einrichtung eines Stopp-Verbots bei einer Start-Stopp-Strategie und/oder einem Hybrid-Konzept sowie ein dauerhafter Leerlauf unterbunden, da die im Leerlauf maximal erreichbare und haltbare stationäre Leerlauftemperatur für die Regeneration des Partikelfilters zu gering ist. Durch Stoppen des Verbrennungsmotors und somit durch Verzicht auf den Leerlauf in der mindestens einen Ruhephase zur Vorbereitung der Regeneration wird ein Kundenerlebnis nicht beeinträchtigt und eine Erhöhung eines Verbrauchs des Kraftstoffs vermieden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt ein Diagramm zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Partikelfilters wird anhand des Diagramms aus 1 beschrieben. Dieses Diagramm umfasst eine Abszisse 2, entlang der die Zeit aufgetragen ist, und eine Ordinate 4, entlang der die Temperatur des Partikelfilters aufgetragen ist.
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Es ist vorgesehen, dass der hier bspw. als Ottopartikelfilter ausgebildete Partikelfilter als Komponente einer Abgasanlage eines Fahrzeugs einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs nachgeschaltet ist, der dazu ausgebildet ist, als Kraftstoff eine Kohlenwasserstoffverbindung, bspw. Benzin, zu verbrennen und das Fahrzeug somit anzutreiben. Beim Verbrennen des Kraftstoffs entsteht Abgas mit Partikeln, üblicherweise Ruß und/oder Asche, wobei das Abgas mit den Partikeln auch den Partikelfilter durchströmt. Dabei werden innerhalb des Partikelfilters Partikel abgelagert, wodurch der Partikelfilter beladen wird.
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Das Diagramm aus 1 umfasst eine erste Gerade 6, die parallel zur Abszisse 2 verläuft und entlang der Ordinate 4 einen Wert einer Temperatur angibt, die der Verbrennungsmotor bei einem stationären Leerlauf aufweist. Eine zweite dazu parallele Gerade 8 gibt entlang der Ordinate 4 einen Wert einer Temperatur an, die zur Regeneration des Partikelfilters notwendig ist. Dieser Wert der Temperatur, der durch die zweite Gerade 8 angezeigt ist, ist mindestens so groß wie eine Oxidationstemperatur der Partikel.
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Bei einem Betrieb des Fahrzeugs ist vorgesehen, dass ein aktuell herrschender Wert der Beladung des Partikelfilters durch Partikel sensorisch direkt und/oder indirekt erfasst wird. Falls dieser Wert größer als ein Schwellwert ist, wird eine Anforderung zur Regeneration des Partikelfilters ausgegeben und/oder erzeugt, was hier in dem Diagramm aus 1 durch einen ersten Pfeil 10 angedeutet ist.
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Außerdem ist innerhalb des Diagramms durch eine durchgängige Kurve 12, ein zeitabhängiger Verlauf der Temperatur des Partikelfilters angegeben.
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Sofern eine Durchführung der Regeneration des Partikelfilters erforderlich ist, wird die Temperatur des Partikelfilters bei einem üblichen Fahrbetrieb, der auch Leerlaufphasen umfasst und in dem Diagramm durch einen zweiten Pfeil 14 angedeutet ist, auf den Wert einer stationären Leerlauftemperatur in einem stationären Leerlauf des Fahrzeugs erhitzt. Sobald der Partikelfilter diesen Wert der Temperatur aufweist, wird im Rahmen des Verfahrens eine Temperaturhaltephase mit einer Stopp-Freigabe initiiert, die in dem Diagramm durch einen dritten Pfeil 16 angedeutet ist. Begleitend hierzu folgen im Rahmen des Verfahrens abwechselnd aufeinander mehrere Fahrphasen 18a, 18b, 18c und mehrere Ruhephasen 20a, 20b.
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Wie das Diagramm zeigt, wird die Temperatur des Partikelfilters während jeder Fahrphase 18a, 18b, 18c erhöht.
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Bei einem üblichen, d. h. aus dem Stand er Technik bekannten Betrieb des Fahrzeugs ist vorgesehen, dass bspw. aufgrund eines Verkehrsaufkommens jeweils eine Fahrphase 18a, 18b, 18c durch eine Ruhephase 20a, 20b abgewechselt wird, wobei der Verbrennungsmotor bei einer jeweiligen Ruhephase 20a, 20b im Leerlauf betrieben oder abgeschaltet wird. Hierdurch würde sich jedoch ergeben, dass die Temperatur des Partikelfilters bei einer jeweiligen Ruhephase 20a, 20b sinkt, was in dem Diagramm durch eine gestrichelte, hier zick-zack-förmige Kurve 22 angedeutet ist.
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Bei Durchführung der Ausführungsform des Verfahrens wird im Unterschied hierzu der Verbrennungsmotor während einer jeweiligen Ruhephase 20a, 20b gestoppt, hier bspw. im Stopp-Betrieb betrieben, wobei der Verbrennungsmotor an bleibt und dessen Wärme konserviert wird. Daraus ergibt sich auch, dass die Temperatur des Partikelfilters während der Ruhephasen 20a, 20b aufgrund der konservierten Wärme des Verbrennungsmotors im Wesentlichen konstant bleibt und nicht sinkt. Sobald die Temperatur des Partikelfilters nach Durchlauf mindestens einer Fahrphase 18a, 18b, 18c und einer Ruhephase 20a, 20b, in der Regel mehrerer im Wechsel aufeinanderfolgender Fahrphasen 18a, 18b, 18c und Ruhephasen 20a, 20b den für die Regeneration vorgesehenen Wert erreicht hat, werden Partikel innerhalb des Partikelfilters aufgrund der Wärme bzw. Hitze des Verbrennungsmotors innerhalb des Partikelfilters oxidiert, d. h. die Regeneration wird somit automatisch durchgeführt, wie dies in dem Diagramm durch einen vierten Pfeil 24 angedeutet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010006042 A1 [0003]
- DE 102010024857 A1 [0004]
- DE 102012010189 A1 [0005]
- DE 102012018673 A1 [0006]
- DE 102013202142 A1 [0007]
- EP 2824300 A1 [0008]
