DE102018111640A1

DE102018111640A1 - Benzin-partikelfilter-regenerationsstrategie

Info

Publication number: DE102018111640A1
Application number: DE102018111640.3A
Authority: DE
Inventors: Rafat F. Hattar; Alexander Michel; Simon Schiesser; Markus Kraft
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2018-11-22
Also published as: CN108952909B; US10167796B2; CN108952909A; US20180334977A1

Abstract

Das Verfahren bestimmt, ob die Rußbelastung eines Gaspartikelfilters (GPF) regeneriert werden muss. Ist dies der Fall, wird die Temperatur des GPF abgelesen, um zu bestimmen, ob er zum Erreichen der Rußverbrennung ausreichend hoch ist. Ist dies nicht der Fall, wird ein Motorsteuermodul zum Einstellen von Variablen, wie beispielsweise Zündzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Ventilsteuerung, beauftragt. Wenn die Temperatur des Partikelfilters so hoch ist, dass eine Regeneration stattfinden kann, können andere Variablen eingestellt werden, wie beispielsweise die Neigung des Luft-/Kraftstoffgemischs, die Verzögerung des Zündzeitpunkts, der Kraftstoffeinspritzung und der Ventilsteuerung. Da die letztgenannten Einstellungen entweder die Motordrehzahl oder die Leistung begrenzen oder reduzieren können, werden Mitteilungen in einer Mitteilungszentrale ausgegeben, die zunächst darauf hinweisen, dass der Fahrer zur GPF-Regeneration weiterfahren sollte und anschließend unter bestimmten Bedingungen die Motorleistung reduziert wurde. Der Betrieb des Kraftfahrzeugs wird so lange fortgesetzt, bis der Filter basierend auf gemessenen Bedingungen oder vorher festgelegten experimentellen oder empirischen Daten regeneriert wurde.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Regenerationsstrategie für einen Benzinpartikelfilter (GPF) für benzinbetriebene Kraftfahrzeuge und insbesondere eine Regenerationsstrategie für einen hochbelasteten Benzinpartikelfilter für einen Verbrennungsmotor in einem benzinbetriebenen Kraftfahrzeug.
HINTERGRUND
Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die die vorliegende Offenbarung betreffen und dem bisherigen Stand der Technik entsprechen können oder auch nicht.
Immer strengere Abgasnormen stellen die Ingenieure und Konstrukteure von Automobilen und Kraftfahrzeugen weltweit vor immer neue Herausforderungen. Die neuen Grenzwerte Euro 6d und China 6 für die Partikelemissionen reduzierten beispielsweise die bisherigen Grenzwerte für die Partikelanzahl (PN) um den Faktor zehn. Dieser neue Standard ist 6 × 10¹¹ Partikel pro Kilometer.
Während Saugrohreinsprizung-(PFI)-Benzinmotoren diesen Standard im Allgemeinen erfüllen können, setzt die Industrie zunehmend auf Benzin-Direkteinspritzer (GDI), für die diese Grenzwerte eine große Herausforderung darstellen.
Eine der derzeit akzeptierten Lösungen, um Benzin-Direkteinspritzmotoren gemäß den Abgasgrenzwerten Euro 6d und China 6 in Einklang zu bringen, sieht den Einsatz eines Benzinpartikelfilters (GPF) vor. Wie der Name schon sagt, ist ein Benzinpartikelfilter in seiner einfachsten Konfiguration ein Filter, der im Abgassystem des benzinbetriebenen Motors angeordnet ist, in dem die Partikel eingeschlossen sind und sich ansammeln.
Da ein derartiger Partikelfilter von endlicher Größe ist und somit nur eine endliche Menge an Partikeln aus dem Abgas des Verbrennungsmotors aufnehmen und zurückhalten kann, stellt sich die Frage, wie der Filter gereinigt oder regeneriert wird.
Es wurde ermittelt, dass eine bestimmte Menge an Sauerstoff im Abgas den Filter spült oder regeneriert, wenn er eine ausreichend hohe Temperatur aufweist. Da Benzin-Verbrennungsmotoren im Idealfall mit einem stöchiometrischen Verhältnis betrieben werden (oder sehr nahe), befindet sich bei normalem, zumindest teilbelastetem Betrieb typischerweise wenig, wenn überhaupt, Sauerstoff im Abgas. Eine passive Regeneration ist jedoch während der Kraftstoffabschaltung möglich, wenn die Sauerstoffmenge im Abgas zunimmt, was bei einer Abkühlung des Fahrzeugs auftritt, aber wiederum nur, wenn die Temperatur ausreichend hoch ist. Dementsprechend, wenn das Fahrzeug für sehr kurze Fahrten oder für kurze Fahrten bei kaltem Wetter eingesetzt wird, darf das Abgassystem und insbesondere der Partikelfilter keine passive, sich selbst regenerierende Temperatur erreichen, was eine derartige Regeneration ausschließt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung sieht eine aktive Regeneration eines Benzinpartikelfilters (GPF) vor, wenn die passive Regeneration des Filters die Rußbelastung im Filter nicht ausreichend niedrig gehalten hat. Das Verfahren, das in einem Algorithmus und einer Software verankert sein kann, bestimmt zunächst, ob eine Bedingung erfüllt ist, die eine Regeneration erfordert, wie beispielsweise die Rußbelastung. Ist dies der Fall, wird bestimmt, ob eine Zwangsregeneration erforderlich ist. Ist dies der Fall, wird die Rußmenge im Filter bestimmt und es wird bestimmt, ob der Motor unter Drehzahl- und Lastbedingungen arbeitet, die eine Regeneration ausschließen. Die Temperatur des Partikelfilters wird abgelesen, um zu bestimmen, ob er eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um eine Verbrennung der Partikel (Ruß) zu erreichen. Ist dies nicht der Fall, wird ein Steuermodul (ECM) zum Einstellen von Variablen, wie beispielsweise Zündzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, Ventilsteuerung, zum Sperren der Kraftstoffabschaltung oder zum Sperren der Motorstart-Stopp-Funktion (ESS), beauftragt. Wenn die Temperatur des Partikelfilters so hoch ist, dass eine Regeneration (Rußverbrennung) stattfinden kann, können andere Variablen eingestellt werden, wie beispielsweise die Neigung des Luft-/Kraftstoffgemischs, die Verzögerung des Zündzeitpunkts, das Einstellen der Kraftstoffeinspritzung und der Ventilsteuerung, das Aktivieren der Kraftstoffabschaltung und das Sperren der Motorstart-Stopp-Funktion (ESS). Abhängig vom Rußgehalt leuchten die Kontrollleuchten auf dem Armaturenbrett oder Mitteilungen in einer Mitteilungszentrale nacheinander auf, um zunächst anzuzeigen, dass der Fahrer zur GPF-Regeneration weiterfahren soll und anschließend unter bestimmten Bedingungen die Motorleistung reduziert wurde. Abhängig vom Rußgehalt erfolgt der Betrieb des Kraftfahrzeugs dann mit normaler oder reduzierter Motordrehzahl oder Leistung, bis, basierend auf der Zeit, die erfassten Daten, wie beispielsweise der Druckabfall über dem Filter, oder zuvor ermittelte experimentelle oder empirische Daten, der Filter regeneriert wurde. Wenn der Filter regeneriert wurde, erlöschen die Kontrollleuchten oder Mitteilungen und der normale Motorbetrieb wird wieder aufgenommen.
Daher ist es ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zum Regenerieren eines Gaspartikelfilters (GPF) bereitzustellen, der mit einem Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug verwendet wird.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zum Regenerieren eines mit einem Verbrennungsmotor eingesetzten Gaspartikelfilters unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen bereitzustellen.
Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist das Bereitstellen eines Verfahrens zum Regenerieren eines mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Gaspartikelfilters, das einem Kraftfahrzeugbetreiber Informationen über eine derartige Regenerierung liefert.
Es ist ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zum Regenerieren eines Gaspartikelfilters basierend auf Variablen, wie beispielsweise Zeit seit der letzten Regeneration, Abgasgegendruck und Partikelfilterdifferenzdruck, vorzusehen.
Es ist ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zum Regenerieren eines Gaspartikelfilters bereitzustellen, das bestimmte Motorbetriebsparameter einstellt, wenn eine GPF-Regeneration erforderlich ist, der GPF aber nicht auf einer ausreichend hohen Temperatur ist, um die Regeneration zu unterstützen.
Es ist ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zum Regenerieren eines Gaspartikelfilters bereitzustellen, das bestimmte Motorbetriebsparameter einstellt, wenn eine GPF-Regeneration erforderlich ist und der GPF eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um die Regeneration zu unterstützen, damit die Partikel (Ruß) im Filter effizient verbrannt werden können.
Weitere Aspekte, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

Die 1A und 1B sind schematische Darstellungen von zwei Dreiwege-Katalysatoren (TWC) und Gaspartikelfilter-(GPF)-Konfigurationen, die mit dem vorliegenden Regenerationsverfahren verwendet werden können;
2 ist eine vergrößerte, fragmentarische Darstellung der inneren Struktur eines typischen Gaspartikelfilters, die mit dem vorliegenden Regenerationsverfahren genutzt werden kann;
3 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf und die Schritte eines Verfahrens zum Regenerieren eines Gaspartikelfilters in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor gemäß dem vorliegenden Verfahren veranschaulicht;
4 ist ein Diagramm oder eine Karte, die Betriebsbereiche zum aktiven Regenerieren eines Partikelfilters eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs gemäß dem vorliegenden Verfahren darstellt; und
5 ist eine Grafik oder Karte, die eine Gaspartikelfilter-Regenerationsstrategie für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor gemäß dem vorliegenden Verfahren darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
Unter Bezugnahme auf 1A wird eine erste, unterflurige Systemkonfiguration 8 eines Dreiwegekatalysators (TWC) 10 und eines separaten Gaspartikelfilters (GPF) 12 veranschaulicht. Der herkömmliche Dreiwegekatalysator 10 beinhaltet ein Einlassende oder eine Öffnung 14, die Abgase von einem benzinbetriebenen Verbrennungsmotor 16 aufnimmt und ein Auslassende oder eine Öffnung 18, die über ein Auspuffrohr 20 mit einem Einlassende oder einer Öffnung 22 des Gaspartikelfilters 12 verbunden ist. Der Gaspartikelfilter 12 wiederum weist ein Auslassende oder eine Öffnung 24 auf, die den Ausgang des Partikelfilters 12 anderen Komponenten des Abgassystems, wie beispielsweise Schalldämpfern, Resonatoren und Endrohren, zuführt (alle nicht veranschaulicht).
Stromaufwärts oder vor dem Gaspartikelfilter 12 und angeordnet im Abgasrohr 20 befindet sich ein Pre-GPF-Temperatursensor 26, der, wie der Name schon sagt, die Temperatur der in den Gaspartikelfilter 12 eintretenden Abgase misst. Über dem Gaspartikelfilter 12, das heißt, mit einem ersten Druckmessrohr oder Rohr 28, das mit dem Einlassende oder der Öffnung 22 des Gaspartikelfilters 12 verbunden oder an dieses angegrenzt und einem zweiten Druckmessrohr oder Rohr 30, das mit dem Auslassende oder der Öffnung 24 des Gaspartikelfilters 12 verbunden oder daran angrenzend ist, ist ein Differenzdrucksensor 32 angeordnet, der den Druckabfall der Abgase über oder durch den Gaspartikelfilter 12 erfasst. Stromabwärts oder nach dem Partikelfilter 12 befindet sich ein Post-GPF-Temperatursensor 34, der, wie der Name schon sagt, die Temperatur der Abgase misst, die den Partikelfilter 12 verlassen. Daten oder Signale des Vor-GPF-Temperatursensors 26, des Differenzdrucksensors 32 und des Nach-GPF-Temperatursensors 34 werden einem Gaspartikelfilter-Steuermodul 36 zugeführt, das eine eigenständige elektronische Vorrichtung, wie beispielsweise ein Mikroprozessor mit geeigneten Eingangs-, Speicher-, Verarbeitungs- und Ausgangskomponenten oder ein Teil oder eine Komponente eines Motorsteuermoduls (ECM) sein kann (nicht veranschaulicht). Weitere Daten und Signale von den Sensoren 38, wie beispielsweise ein Fahrzeug-Kilometerzähler, ein Fahrzeug-Tachometer, ein Motordrehzahlmesser, ein Kühlmitteltemperatursensor und ein Umgebungsluftdrucksensor werden oder können dem Gaspartikelfilter-Steuermodul 36 zugeführt werden.
Unter Bezugnahme auf 1B ist eine alternative Konfiguration des Abgassystems mit einem eng gekoppelten Wandler und einer Filteranordnung dargestellt und im Allgemeinen mit der Referenznummer 40 bezeichnet. Die eng gekoppelte Wandler- und Filteranordnung 40 ist in einem einheitlichen Gehäuse 42 untergebracht, das ein Einlassrohr oder eine Öffnung 44 beinhaltet, das Abgase von einem benzinbetriebenen Verbrennungsmotor 16 aufnimmt. Angrenzend an die Einlassöffnung 44 im Gehäuse 42 befindet sich ein herkömmlicher Dreiwegekatalysator 46, durch den die Abgase strömen. Stromabwärts und angrenzend an den Katalysator 46 im Gehäuse 42 befindet sich ein Gaspartikelfilter 48. Das einheitliche Gehäuse 42 beinhaltet auch eine Auslaufarmatur oder ein Rohr 52, das den Ausgang des eng gekoppelten Wandlers und der Filteranordnung 40 auf andere Komponenten des Abgassystems, wie beispielsweise Schalldämpfer, Resonatoren und Endrohre, ausrichtet (alle nicht veranschaulicht).
Die eng gekoppelte Wandler- und Filteranordnung 40 ist wie der Gaspartikelfilter 12 instrumentiert. Somit beinhaltet der Sensor einen Vor-GPF-Temperatursensor 54, einen Differenzdrucksensor 56 mit geeigneten Eingangs- und Ausgangsdruckmessrohren 58 und einen Nach-GPF-Temperatursensor 60, die alle in gleicher Weise arbeiten und die gleichen Größen wie die vorstehend beschriebenen Sensoren 26, 32 und 34 erfassen. Ebenso werden Daten oder Signale von diesen Sensoren einem Gaspartikelfilter-Steuermodul 64 zugeführt, das eine eigenständige elektronische Vorrichtung, wie ein Mikroprozessor, oder ein Teil oder eine Komponente eines Motorsteuermoduls (ECM) sein kann (nicht veranschaulicht). Weitere Daten und Signale von den Sensoren 66, wie beispielsweise ein Fahrzeug-Kilometerzähler, ein Fahrzeug-Tachometer, ein Motordrehzahlmesser, ein Kühlmitteltemperatursensor und ein Umgebungsluftdrucksensor werden oder können dem Gaspartikelfilter-Steuermodul 64 zugeführt werden.
Neben der ersten, unterflurigen Systemkonfiguration 8 eines Dreiwegekatalysators (TWC) 10 und eines separaten Gaspartikelfilters (GPF) 12 von 1A und der eng gekoppelten Konverter- und Filteranordnung 40 von 1B, bezieht sich diese Offenbarung auch auf einen beschichteten GPF, der auch als Vierwegekatalysator oder -vorrichtung bezeichnet wird. Diese Vorrichtung beinhaltet einen Dreiwegekatalysator, dessen Funktion mit einem Gaspartikelfilter kombiniert und integriert ist.
Unter Bezugnahme auf 2 werden die internen Eigenschaften eines typischen Gaspartikelfilters, wie beispielsweise die Filter 12 und 48, veranschaulicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit und zur Vermeidung unnötiger Doppelungen beziehen sich die in 2 verwendeten Referenznummern auf den Gaspartikelfilter 12 aus 1A. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die folgende Beschreibung mit gleicher Genauigkeit und Relevanz auf den Gaspartikelfilter 48 aus 1B zutrifft. Der Partikelfilter 12 beinhaltet das Einlassende oder die Öffnung 22, durch welche die Abgase des Verbrennungsmotors 16 in den Filter 12 strömen. Gleichermaßen beinhaltet der Partikelfilter 12 das Auslassende oder die Öffnung 24, durch welche die behandelten Abgase in den Rest des Abgassystems strömen. as Einlassende 22 und das Auslassende 24 sind ein Teil von und werden durch ein allgemein zylindrisches Gehäuse 70 verbunden, das ein dreidimensionales Filtergitter 72 aufnimmt und gegen dieses abdichtet. Das Filtergitter 72 beinhaltet ein Gerüst aus länglichen, orthogonalen Platten 74 aus Filtrationsmedien, die vorzugsweise quadratische, längliche Durchgänge oder Kanäle 76 definieren. An den ersten oder den Einlassenden 78 der Durchgänge oder Kanäle 76 sind abwechselnd Blöcke oder Stopfen 82 angeordnet, das heißt, in jedem anderen ersten Ende 78 der Durchgänge oder Kanäle 76, welche die Enden der Durchgänge oder Kanäle 76 abdichten. Somit tritt das Abgas in jeden zweiten Durchgang oder Kanal 76 ein. Die zweiten oder Auslassenden 84 von jedem der Durchgänge oder Kanäle 76, die an der Einlassseite 78 des Filters 12 offen sind, das heißt, die keinen Block oder Stopfen 82 beinhalten, werden durch einen Block oder Stopfen 86 verschlossen, der die Auslassenden 82 der Durchgänge oder Kanäle 76 abdichtet. Jeder der Durchgänge oder Kanäle 76, die einen Block oder Stopfen 82 an den Einlassenden 78 beinhalten, ist an den Auslassenden 84 offen. Somit muss der Abgasstrom, der in die offenen ersten oder Einlassenden 78 der Durchgänge oder Kanäle 76 eintritt, durch die Platten 74 der Filtrationsmedien und verlässt den Filter 12 durch die offenen, zweiten Auslassenden 84 der Durchgänge oder Kanäle 76.
Unter Bezugnahme nun auf 3 veranschaulicht ein Flussdiagramm die Schritte eines Verfahrens zur Regeneration eines Gaspartikelfilters gemäß der vorliegenden Offenbarung, das im Allgemeinen mit der Referenznummer 100 bezeichnet wird. Das Verfahren 100 beginnt mit einem Start- oder Initialisierungsschritt 102, der bestimmte Register löscht und das Programm oder den Algorithmus startet, der vorzugsweise wiederholbar und mit einer Geschwindigkeit abläuft, die eine ordnungsgemäße und rechtzeitige Regeneration des Gaspartikelfilters des Fahrzeugs gewährleistet und mit anderen Fahrzeug- und Motorprogrammen und Software kompatibel ist. Das Verfahren 100 geht dann zu einem ersten Prozessschritt 104 über, der verschiedene Fahrzeug- und Antriebsstrangsensoren, wie beispielsweise den Fahrzeug-Kilometerzähler, die Motordrehzahl, den Vor-GPF-Temperatursensor 26 und den Differenzdrucksensor 32 zum Bestimmen der Rußbelastung ausliest. Mit diesen Informationen geht das Verfahren 100 zu einem ersten Entscheidungspunkt 106 über, der basierend auf diesen und anderen optionalen Variablen bestimmt, ob der Rußgehalt, das heißt die gesammelten Gaspartikel, im Gaspartikelfilter 12 (und 48) einen Wert erreicht hat, der eine Regeneration erforderlich macht. Ist dies nicht der Fall, wird der erste Entscheidungspunkt 106 bei NO verlassen und diese Wiederholung des Verfahrens 100 endet an einem Endpunkt 110. Wenn sich der Ruß auf einem Niveau befindet, das eine Regeneration erfordert, wird der Entscheidungspunkt 106 bei JA verlassen und es wird ein zweiter Entscheidungspunkt 112 erreicht, der die Notwendigkeit einer Zwangsregeneration abfragt.
Eine Zwangsregeneration kann beispielsweise erforderlich sein, wenn der Fahrzeug-Kilometerzähler anzeigt, dass sich seit der letzten Regeneration signifikante Meilen angesammelt haben, ein erheblicher Druckabfall über dem Filter 12 (und 48) vorliegt und/oder der Partikelfilter 12 aufgrund einer Kombination von Kurzstrecken oder kalter Witterung keine ausreichend hohe Temperatur erreicht hat, um eine Regeneration zu erreichen. Wenn eine Zwangsregeneration erforderlich ist, wird der zweite Entscheidungspunkt 112 bei JA verlassen und ein dritter Entscheidungspunkt 114 angetroffen, der ermittelt, ob der Rußgehalt kleiner als ein vorgegebener Wert ist, zum Beispiel 110%. Der Rußgehalt kann durch den vom Differenzdrucksensor 32 angezeigten Druckabfall oder durch empirische Betriebsdaten bestimmt werden. Wenn der Rußgehalt unter 110% liegt, wird der dritte Entscheidungspunkt 114 bei JA verlassen.
Wenn der Rußgehalt mehr als 110% beträgt, wird der dritte Entscheidungspunkt 114 bei NEIN verlassen und das Verfahren 100 geht zu einem vierten Entscheidungspunkt 116 über, der ermittelt, ob der Rußgehalt größer oder gleich 110%, aber kleiner oder gleich 150% ist. Ist dies der Fall, wird der vierte Entscheidungspunkt 116 bei JA verlassen und ein zweiter Prozessschritt 118 beleuchtet eine erste Kontrollleuchte oder gibt eine erste Mitteilung im Fahrerinformationszentrum (DIC) mit dem Hinweis „Continue Driving for GPF Regeneration (Fortfahren mit der GPF-Regeneration)“ oder ähnlichen Begriffen aus. Wenn diese Aussage nicht stimmt, das heißt, wenn der Rußgehalt größer oder gleich 150% ist, wird der vierte Entscheidungspunkt 116 bei NEIN verlassen und ein dritter Prozessschritt 122 beleuchtet eine zweite Kontrollleuchte oder gibt eine zweite Mitteilung im Fahrerinformationszentrum mit dem Hinweis „Engine Power Reduced (Motorleistung bei GPF-Regeneration reduziert)“ oder ähnlichen Begriffen aus.
Nach den zweiten oder dritten Prozessschritten 118 und 122 oder wenn der zweite Entscheidungspunkt 112 bei NEIN verlassen wird, trifft das Verfahren 100 auf einen fünften Entscheidungspunkt 124, der ermittelt, ob eine derartige Regeneration angefordert wird, während der Motor 16 unter Bedingungen läuft, bei denen aus Gründen der Fahrbarkeit oder des Komponentenschutzes eine Regeneration unzulässig ist. (Siehe 4 und den dazugehörigen Text nachfolgend.) Ist dies der Fall, wird der Regenerationsprozess abgebrochen und das Verfahren 100 kehrt zum Endpunkt 110 zurück. Wenn der Motor 16 nicht in einem unzulässigen Bereich betrieben wird, wird der fünfte Entscheidungspunkt 124 bei NEIN verlassen und ein sechster Entscheidungspunkt 126 ermittelt, ob der Gaspartikelfilter 12 (und 48) eine ausreichend hohe Temperatur (in der Größenordnung von 600°C) aufweist, sodass eine Rußverbrennung erreicht werden kann, das heißt, ob dessen Temperatur über einer Mindesttemperatur liegt. Wenn die Temperatur des Vor-GPF-Temperatursensors 26 (und 54) unter der Rußbrand-Schwellentemperatur liegt, wird der sechste Entscheidungspunkt 126 bei NEIN verlassen und ein vierter Prozessschritt 128 erreicht, erfolgt das Ausführen einer oder mehrerer Maßnahmen, das heißt einer Kombination von Maßnahmen, die zu einer Erhöhung der Temperatur des Gaspartikelfilters 12 (und 48) führen. Diese Maßnahme beinhaltet typischerweise, ist jedoch nicht beschränkt auf das Verzögern des Zündzeitpunkts, das Einstellen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, das Einstellen des Ventilzeitpunkts, das Sperren der Verzögerungskraftstoffabschaltungs-(DFCO)-Fähigkeit und das Sperren der automatischen Motor-Start-/Stopp-(ESS)-Funktion.
Während die Prozesse des Schritts 128 auftreten, kehrt das Verfahren 100 zum sechsten Entscheidungspunkt 126 zurück, der wiederum ermittelt, ob der Gaspartikelfilter 12 (und 48) eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um eine Rußverbrennung durchführen zu können. Wenn die Temperatur über der Rußbrand-Schwellentemperatur liegt, wird der sechste Entscheidungspunkt 126 bei JA verlassen und das Verfahren 100 geht zu einem fünften Prozessschritt 132 über, der die Rußbrand-Regenerationsphase aufnimmt. Diese Phase oder der Schritt 132 hält im Wesentlichen die Betriebsbedingungen des Motors 16 aufrecht, die eine schnelle und vollständige Rußverbrennung (die gesammelten Gaspartikel) im Filter 12 (und 48) fördern. Diese Maßnahme beinhaltet typischerweise, ist jedoch nicht beschränkt auf das Durchführen einer oder mehrerer der folgenden Maßnahmen: Anlenken des Luft-/Kraftstoffgemischs, das dem Filter 12 (und 48) mehr Sauerstoff zuführt, Verzögern des Zündzeitpunkts, Einstellen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, Einstellen der Nockenwellenverstellung zum Einstellen der Ventilsteuerung, Ermöglichen der Abschaltfunktion (DFCO) und wiederum Unterdrücken der automatischen Motorstart-Stopp-(ESS)-Funktion.
Abschließend wird ein siebter Entscheidungspunkt 134 erreicht, der ermittelt, ob der Regenerationszyklus aufgrund der Rußverbrennung beendet werden soll. Diese Entscheidung ist das Ergebnis mehrerer Betriebsbedingungen, darunter vor allem eine Verringerung des Druckabfalls über dem Filter 12 (und 48), wie er vom Differenzdrucksensor 32 (und 56) erfasst wird, das Erreichen von im Wesentlichen gleichen Vor- und Rücklauftemperaturen, wie sie vom Vor-GPF-Temperatursensor 26 (und 54) und vom Nach-GPF-Temperatursensor 34 (und 60) erfasst werden, und der Durchgang eines vorbestimmten Zeitintervalls. Wird unter Berücksichtigung der Werte dieser und gegebenenfalls weiterer Variablen bestimmt, dass der Ruß nicht abgebrannt ist, wird der siebte Entscheidungspunkt 134 bei NEIN verlassen und das Verfahren 100 kehrt zum sechsten Entscheidungspunkt 126 zurück, um erneut zu bestimmen, ob die Rußverbrennungstemperatur im Partikelfilter 12 (und 48) aufrechterhalten wird. Wenn bestimmt wird, dass der Ruß abgebrannt ist, wird der siebte Entscheidungspunkt 134 mit JA verlassen und das Verfahren 100 wird am Endpunkt 110 beendet.
Es sollte verstanden werden, dass die in 3 dargestellte und vorstehend dargestellte Abfolge des Prozesses und der Schritte des Verfahrens 100 exemplarisch und veranschaulichend ist und dass die Abfolge bei gleichbleibendem Ergebnis neu geordnet werden kann. So kann beispielsweise der fünfte Entscheidungspunkt 124, der die Regeneration unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors 16 abbricht, vor dem zweiten Entscheidungspunkt 112 in Bezug auf die Zwangsregeneration verlegt und ausgeführt werden oder er kann vor dem ersten Entscheidungspunkt 106 in Bezug auf die Regeneration verlegt und ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme nun auf 4 präsentiert ein Diagramm 140 eine Darstellung der Motordrehzahl entlang der horizontalen (X) Achse und des Bremsmoments entlang der vertikalen (Y) Achse. Es wird anerkannt, dass das Einstellen der Betriebsparameter des Motors 16, wie vorstehend beschrieben, unter bestimmten Betriebsbedingungen die Leistung des Fahrzeugantriebsstrangs beeinträchtigen kann. 4 präsentiert also zwei geplottete Bereiche oder Regionen, eine, bezeichnet als 142, im Allgemeinen zentriert bei 2000 U/min und 220 Nm Drehmoment und die andere, bezeichnet als 144, die sich im Allgemeinen von 3000 U/min und 300 Nm Drehmoment bis 6400 U/min und 150 Nm Drehmoment erstreckt, worin die Regeneration des Gaspartikelfilters 12 (und 48) unzulässig ist. Die Regeneration ist im Bereich oder in der Region 142 aus Gründen der Fahrbarkeit und im Bereich oder in der Region 144 aus Gründen des Komponentenschutzes unzulässig. Es sollte verstanden werden, dass die Diagramme in 4 und die vorgenannten Werte nur exemplarisch und veranschaulichend sind und dass ihre Größe und Lage auf dem Diagramm 140 je nach Hubraum, Leistung, Verdichtungsverhältnis, Aspiration (natürlich, turboaufgeladen oder aufgeladen) und anderen Variablen variiert.
Unter Bezugnahme nun auf 5 wird die Gesamtstrategie der Regeneration in einer Aktivierungskarte 150 veranschaulicht, welche die Rußbelastung in Prozent entlang der horizontalen (X) Achse und die Motorbelastung in Prozent entlang der vertikalen (Y) Achse wiedergibt. Die Aktivierungskarte 150 definiert mehrere Betriebsbereiche oder Regionen, die unter anderem Folgendes beinhalten: einen ersten Betriebsbereich 152 bei einer verhältnismäßig geringen Motorlast, in dem die Temperatur des Partikelfilters 12 (und 48) nicht ausreicht, um eine Rußverbrennung zu erreichen; einen zweiten Bereich 154 bei höherer Motorlast, in dem eine passive Rußverbrennung stattfindet, das heißt, eine Rußverbrennung, die einfach dadurch auftritt, dass die Betriebsbedingungen des Motors 16 eine ausreichend hohe Temperatur (über etwa 600° C) im Partikelfilter 12 (und 48) erzeugen, wodurch eine Rußverbrennung stattfindet; und einen dritten Bereich 156 bei noch höherer Motorlast, der dem Sperrbereich oder dem Bereich 144 von 4 entspricht, in dem eine aktive Regeneration unzulässig ist.
Wenn die Rußbelastung etwa 100 Prozent erreicht, wie von verschiedenen vorstehend beschriebenen Sensoren bestimmt, beginnt im vierten Bereich 158 die passive, vor allem aber die aktive Regeneration gemäß dem Verfahren 100 und dem Flussdiagramm von 3. Es ist zu beachten, dass bei steigender Motorlast und ungeachtet der Notwendigkeit, den Filter 12 (und 48) aktiv zu regenerieren, der dritte Bereich 156 auftreten kann, der eine aktive Regeneration verhindert. Darüber hinaus ist zu beachten, dass bei einem Rußgehalt von ca. 110 Prozent, wie in Zeile 162 angegeben, eine erste Kontrollleuchte oder eine Mitteilung im Fahrerinformationszentrum (DIC) mit dem Hinweis „Continue Driving for GPF Regeneration “oder ähnlichen Begriffen bereitgestellt wird. Dies wird durch den vorstehend beschriebenen zweiten Prozessschritt 118 in Verbindung mit 3 erreicht.
Wenn die Rußbelastung etwa 150 Prozent erreicht, wie in der Zeile 166 angegeben, wird eine zweite Kontrollleuchte oder Mitteilung in der Fahrerinformationszentrale (DIC) angezeigt, die besagt, „Motorleistung reduziert“ „Motorleistung reduziert während der GPF-Regeneration“ oder ähnliche Begriffe, die dies bewirken. Dies wird durch den vorstehend beschriebenen dritten Prozessschritt 122 in Verbindung mit 3 erreicht. In Übereinstimmung mit dieser Mitteilung wird bei hohen Motorlasten in einem fünften Bereich 172 die Motorleistung reduziert. Bei einer Rußbelastung von etwa 155 Prozent, dargestellt durch die Linie 174, wenn der DTC FR hoch ist, erfordert ein sechster Bereich 176 die Wartung des Regenerationssystems und des Filters 12 (und 48). Sollte die Rußbelastung etwa 170 Prozent überschreiten, wie in der Zeile 182 dargestellt, gibt ein siebter Bereich 184 einen Hinweis darauf, dass der Partikelfilter 12 (und 48) ausgetauscht werden muss. Diese Anzeige kann durch Aufleuchten einer „Motor prüfen“-Anzeige und/oder durch eine On-Board-Diagnoseanzeige in einem System, wie beispielsweise OBD II, erfolgen.
Die vorstehende Offenbarung ist lediglich exemplarisch und Abweichungen, die nicht vom Kern der Offenbarung abweichen, werden als im Rahmen der Offenbarung befindlich verstanden. Diese Variationen sollten nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Offenbarung betrachtet werden.

Claims

Verfahren zum Regenerieren eines Gaspartikelfilters in einem Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: Bestimmen eines Druckabfalls durch einen Gaspartikelfilter zum Bestimmen der Notwendigkeit einer Regeneration, Bestimmen einer Temperatur von Einlassgasen in den Gaspartikelfilter, Einstellen mindestens eines von einem ersten Satz von Motorbetriebsparametern, wenn die Temperatur unter einer Schwellentemperatur liegt, um die Temperatur zu erhöhen, Einstellen eines zweiten Satzes von Motorbetriebsparametern, wenn die Temperatur über einer Schwellentemperatur liegt, um Partikel im Partikelfilter zu verbrennen, und Fortsetzen des Betriebs unter dem zweiten Satz von Motorbetriebsparametern, bis eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Druckabfall im Partikelfilter durch Ablesen und Vergleichen von Drücken an einem Einlass und einem Auslass des Partikelfilters bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der erste Satz von eingestellten Motorbetriebsparametern das Verzögern des Zündzeitpunkts, das Einstellen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, das Einstellen des Ventilzeitpunkts, das Hemmen einer Verzögerungskraftstoffabschaltung und das Hemmen einer Start-Stopp-Funktion des Motors beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der zweite Satz von eingestellten Motorbetriebsparametern das Anlehnen eines Luft-Kraftstoffgemischs, das Verzögern des Zündzeitpunkts, das Einstellen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, das Einstellen der Nockenwellenverstellung zum Einstellen des Ventilzeitpunkts, das Aktivieren einer Verzögerungskraftstoffabschaltung und das Verhindern einer automatischen Motorstopp-Funktion beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Verhinderns der Regeneration und des Betriebs unter dem zweiten Satz von eingestellten Motorbetriebsparametern, wenn die Motordrehzahl und die Last innerhalb bestimmter Grenzen liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt der Benachrichtigung des Betreibers, wenn der Druckabfall durch den Gaspartikelfilter einen Rußgehalt von mehr als 110 Prozent anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die vorbestimmte Bedingung eine aus Zeit, Temperatur und Druckabfall ist.
Verfahren zum Regenerieren eines Gaspartikelfilters für einen Verbrennungsmotor, umfassend die folgenden Schritte: Bestimmen, ob eine Regeneration erforderlich ist, basierend auf der Laufleistung des Fahrzeugs und dem Druckabfall über den Gaspartikelfilter, Bestimmen, ob der Verbrennungsmotor in einem Zustand arbeitet, der eine Regeneration ausschließt, Bestimmen, ob eine Temperatur des Gaspartikelfilters ausreicht, um die Regeneration zu fördern, Erwärmen des Gaspartikelfilters durch Einstellen mindestens eines der ersten Betriebsparameter des Motors, wenn die Temperatur des Gaspartikelfilters nicht ausreicht, um die Regeneration zu fördern, und Aufrechterhalten der Temperatur des Gaspartikelfilters und Regenerieren des Gaspartikelfilters durch Einstellen eines zweiten Satzes von Motorbetriebsparametern, wenn die Temperatur des Gaspartikelfilters ausreicht, um die Regeneration zu fördern.
Verfahren nach Anspruch 8, worin die Temperatur des Gaspartikelfilters für eine vorbestimmte Zeit zum Regenerieren des Gaspartikelfilters aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 8, worin die Temperatur des Gaspartikelfilters aufrechterhalten wird, bis sich ein Druckabfall über dem Gaspartikelfilter auf einen vorbestimmten Mindestwert verringert.