DE102018210407A1

DE102018210407A1 - Verbesserung einer Filterwirkung eines Partikelfilters für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018210407A1
Application number: DE102018210407.7A
Authority: DE
Inventors: Rainer Drees
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuersystem zur Verbesserung einer Filterwirkung eines Partikelfilters für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Abgasstrang umfasst, der Partikelfilter abgasstromabwärts nach dem Verbrennungsmotor im Abgasstrang angeordnet ist, der Verbrennungsmotor und/oder der Abgasstrang zumindest ein Trennelement zum zumindest teilweisen Unterbrechen des abgasseitigen Gasstroms umfasst das Trennelement im Abgasstrang zwischen einem Zylinder des Verbrennungsmotors und dem Partikelfilter angeordnet ist, und das Steuersystem eingerichtet ist, festzustellen, dass der Verbrennungsmotor in einer Schubbetriebsart betrieben wird, und bei Betrieb des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb das Trennelement im geschlossenen Zustand zu halten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem, ein Steuerverfahren und einen Abgasstrang zur Verbesserung einer Filterwirkung eines Partikelfilters für ein Kraftfahrzeug.
Es ist bekannt, dass die Filterwirkung eines Partikelfilters für ein Kraftfahrzeug von dessen Beladungsgrad mit Ruß abhängt, weshalb eine Mindestbeladung des Partikelfilters wünschenswert ist.
Darüber hinaus ist bekannt, dass ein Partikelfilter nur eine begrenzte Menge an Partikeln aufnehmen kann, weshalb regelmäßig eine sogenannte Regeneration des Partikelfilters notwendig ist. Dazu wird beispielsweise Ruß, der sich im Partikelfilter angesammelt hat, abgebrannt.
Aufgrund des positiven Effekts der Mindestbeladung des Partikelfilters auf dessen Filterwirkung ist allerdings ein Rußabbrand außerhalb von einem gezielt eingeleiteten Regenerationsvorgang unerwünscht. Die Praxis zeigt allerdings, dass sich diese ungewollten Regenerationsvorgänge bisher nicht vollständig vermeiden lassen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Steuersystem, ein Steuerverfahren und einen Abgasstrang anzugeben, die die Filterwirkung des Partikelfilters verbessern und das genannte Problem zumindest mindern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuersystem zur Verbesserung einer Filterwirkung eines Partikelfilters für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere handelt es sich beim dem Partikelfilter um einen Otto- oder Diesel-Partikelfilter.
Das Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Abgasstrang. Dabei ist der Partikelfilter abgasstromabwärts nach dem Verbrennungsmotor im Abgasstrang angeordnet.
Der Verbrennungsmotor und/oder der Abgasstrang umfasst zumindest ein Trennelement zum zumindest teilweisen Unterbrechen des abgasseitigen Gasstroms. Das Trennelement ist insbesondere ein Auslassventil eines Zylinders des Verbrennungsmotors oder eine Abgasklappe.
Das Trennelement ist im Abgasstrang zwischen einem Zylinder des Verbrennungsmotors und dem Partikelfilter angeordnet.
Das Steuersystem ist eingerichtet, festzustellen, dass der Verbrennungsmotor in einer Schubbetriebsart betrieben wird. Als Schubbetrieb wird bei einem motorisierten Fahrzeug der Fahrzustand bezeichnet, in dem bei nicht getrenntem Kraftschluss (z. B. bei nicht getretener Kupplung) der Motor durch das Fahrzeug geschleppt, also in Drehbewegung gehalten wird. Im Schubbetrieb eines als Fahrzeugantrieb eingesetzten Verbrennungsmotors ist es - obwohl Luftdurchsatz vorhanden sein kann - nicht erforderlich, Kraftstoff zuzugeben, da die Bewegung des Motors durch die über den Antriebsstrang aufgezwungene Drehung aufrechterhalten wird. Erst knapp oberhalb der Leerlaufdrehzahl ist wieder Energiezufuhr durch Kraftstoffzugabe notwendig, damit der Motor nicht stehenbleibt und abstirbt.
Außerdem ist das Steuersystem eingerichtet, bei Betrieb des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb das Trennelement im geschlossenen Zustand zu halten. Insbesondere kann bei Erkennung des Einleitens des Schubbetriebs das Trennelement geschlossen werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei Erkennung des Verlassens des Schubbetriebs das Trennelement geöffnet werden.
Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass im Schubbetrieb aufgrund der ausbleibenden Zündungen im Motor Rest-Sauerstoff aus der Sauganlage nach Drosselklappe in den Abgasstrang gelangen kann. Dieser Sauerstoff kann dann beispielsweise aufgrund hoher Temperaturen im Abgasstrang zu einem ungewollten Rußabbrand führen.
Durch das Schließen des Trennelements wird die Menge an Sauerstoff, die in den Abgasstrang eindringen kann, verringert, beziehungsweise auf ein zulässiges Maß reduziert, da eine minimale Leckage eines solchen Verschlusselements (Klappe) nicht gewährleistet werden kann.
Insbesondere wenn es sich bei dem Trennelement um das Auslassventil eines Zylinders des Verbrennungsmotors handelt, ergibt sich ein weiterer positiver Effekt auf die Filterwirkung des Partikelfilters.
Der Gasdruck im Abgasstrang ergibt sich aus der Verbindung eines Absolutdrucks und den Absolutdruck überlagernden Druckschwingungen. Die Ausprägung der Druckschwingungen wird von der Motorordnung vorgegeben. Jeder ausstoßende Zylinder verursacht dabei eine überlagerte Druckschwingung. Für die Ausprägung des Absolutdrucks ist der je nach Drehzahl/Last entstehende Abgasmassenstrom und Abgasgegendruck des nachgeschalteten Abgasstrangs verantwortlich. In diesem Fall liegt Druck nach Motorauslass und vor Partikelfilter incl. Druckschwingungen immer oberhalb der Umgebungsdrucks außerhalb des Motors.
Im Schubbetrieb entfällt allerdings der Absolutdruck, da nicht befeuert wird, weshalb die Druckschwingungen (hervorgerufen durch die vorhandenen Kolbenbewegungen und den sich über die Nockenwellen angetriebenen und weiterhin öffnenden Auslassventilen) um den Nullpunkt (Umgebungsdruck) pendeln. Der Partikelfilter wird in diesem Fall also Druckschwingungen ausgesetzt, bei denen sich die Gas-Strömungsrichtung ändert. Dadurch können Rußpartikel welche die Grundbeladung des Partikelfilters darstellen und den Filterungsgrad erhöhen sollen aus ihren Filterporen gesaugt bzw. geblasen werden. Die sich bereits abgesetzten Rußpartikel, die den Filtrationsgrad erhöhen, werden praktisch in Bewegung gesetzt. Die Druckschwingungen setzen nicht nur die Partikel in Bewegung, sondern die negativen Druckschwingungen, wenn über das sich öffnende Auslassventil bereits verbrannte Luft wieder in den Zylinder gezogen wird, üben auch einen Unterdruck an den Flaschen der Abgasanlage aus. Diese negative Druckschwingung liegt unterhalb des Umgebungsdrucks und kann daher evtl. über den Flansch geringste Mengen Luft in die Abgasanlage ziehen.
Durch das Schließen der Auslassventile entfallen die Druckschwingungen und somit bleibt die Grundbeladung des Partikelfilters erhalten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Steuersystem eingerichtet, zu bestimmen, ob eine Regeneration des Partikelfilters durchgeführt werden soll.
Außerdem ist das Steuersystem eingerichtet, das Trennelement bei Betrieb des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb zu schließen, wenn keine Regeneration des Partikelfilters durchgeführt werden soll.
Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass zur Durchführung einer gewollten Regeneration das Trennelement geöffnet sein muss und nur zur Verhinderung einer ungewollten Regeneration geschlossen sein soll.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Trennelement in einem Abgaskrümmer des Abgasstrangs angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Trennelement abgasstromabwärts nach einem Turbolader im Abgasstrang angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zwischen dem Trennelement und dem Partikelfilter keine weiteren Elemente im Abgasstrang angeordnet.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung beschreibt ein Steuerverfahren zur Verbesserung einer Filterwirkung eines Partikelfilters für ein Kraftfahrzeug.
Das Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Abgasstrang, wobei der Partikelfilter abgasstromabwärts nach dem Verbrennungsmotor im Abgasstrang angeordnet ist.
Der Verbrennungsmotor und/oder der Abgasstrang umfasst zumindest ein Trennelement zum zumindest teilweisen Unterbrechen des abgasseitigen Gasstroms, wobei das Trennelement im Abgasstrang zwischen einem Zylinder des Verbrennungsmotors und dem Partikelfilter angeordnet ist.
Ein Schritt des Steuerverfahrens ist das Feststellen, dass der Verbrennungsmotor in einer Schubbetriebsart betrieben wird.
Ein weiterer Schritt des Steuerverfahrens ist das Halten des Trennelements im geschlossenen Zustand bei Betrieb des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasstrang zur Verbesserung einer Filterwirkung eines Partikelfilters für ein Kraftfahrzeug, wobei der Partikelfilter in dem Abgasstrang angeordnet ist, ein Trennelement zum zumindest teilweisen Unterbrechen des abgasseitigen Gasstroms abgasstromaufwärts des Partikelfilters in dem Abgasstrang angeordnet ist, und das Trennelement eingerichtet ist, bei Betrieb eines mit dem Abgasstrang gekoppelten Verbrennungsmotors in einem Schubbetrieb im geschlossenen Zustand gehalten zu werden.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Steuersystem nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Steuerverfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung und den erfindungsgemäßen Abgasstrang nach dem dritten Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle und in den Patentansprüchen nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens und des erfindungsgemäßen Abgasstrangs entsprechen den vorstehend beschriebenen oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Steuersystems.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:

1 einen beispielhaften Aufbau eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasstrang, und
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt. Einen beispielhaften Aufbau eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasstrang.
Dabei fließt Gas, insbesondere Luft, durch eine Ansaugöffnung 1 und an einem Einlassturbinenrad 2 eines Turboladers vorbei. Weiter passiert das Gas eine Drosselklappe 21, eine Sauganlage 20 und einen Ladeluftkühler 19, bevor es durch ein Einlassventil 17 in einen Zylinder 16 strömt. Das Gas verlässt den Zylinder 16 durch ein Auslassventil 15 und fließt weiter in einen Abgaskrümmer 12, der das Gas weiter zu einem Auslassturbinenrad 4 und einem Waste-Gate-Bypass 11 führt. Anschließend passiert das Gas einen Katalysator 6, gefolgt von einem Partikelfilter 8, einen Schalldämpfer 9 und einem Endrohr 10.
Die Figur stellt das Steuersystem zur Verbesserung einer Filterwirkung des Partikelfilters 8 für ein Kraftfahrzeug nicht explizit dar. Das Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor, der wiederum zumindest einen Zylinder 16 umfasst, und einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Abgasstrang.
Der Partikelfilter 8 ist abgasstromabwärts nach dem Verbrennungsmotor im Abgasstrang angeordnet. Der Verbrennungsmotor und/oder der Abgasstrang umfassen zumindest ein Trennelement 15, 23, 24, 25 zum zumindest teilweisen Unterbrechen des abgasseitigen Gasstroms, beispielsweise ein Auslassventil 15 des Verbrennungsmotors oder eine Abgasklappe 23, 24, 25.
Das Trennelement 15, 23, 24, 25 ist im Abgasstrang zwischen dem Zylinder 16 des Verbrennungsmotors und dem Partikelfilter 8 angeordnet.
Das Steuersystem ist eingerichtet festzustellen 100, dass der Verbrennungsmotor in einer Schubbetriebsart betrieben wird, und bei Betrieb des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb das Trennelement 15, 23, 24, 25 im geschlossenen Zustand zu halten 130.
Insbesondere ist das Steuersystem eingerichtet zu bestimmen 120, ob eine Regeneration des Partikelfilters 8 durchgeführt werden soll, und das Trennelement 23, 24, 25 bei Betrieb des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb zu schließen 130, wenn keine Regeneration des Partikelfilters 8 durchgeführt werden soll.
Das Trennelement 23 kann beispielsweise in einem Abgaskrümmer 12 des Abgasstrangs angeordnet sein.
Alternativ kann Trennelement 24, 25 abgasstromabwärts nach einem Turbolader 2, 4 im Abgasstrang angeordnet sein.
Alternativ kann zwischen dem Trennelement 25 und dem Partikelfilter 8 kein weiteres Element im Abgasstrang angeordnet sein.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zur Verbesserung einer Filterwirkung eines Partikelfilters 8 für ein Kraftfahrzeug.
Das Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Abgasstrang und der Partikelfilter 8 ist abgasstromabwärts nach dem Verbrennungsmotor im Abgasstrang angeordnet.
Der Verbrennungsmotor und/oder der Abgasstrang umfasst zumindest ein Trennelement 15, 23, 24, 25 zum zumindest teilweisen Unterbrechen des abgasseitigen Gasstroms und das Trennelement 15, 23, 24, 25 ist im Abgasstrang zwischen einem Zylinder 16 des Verbrennungsmotors und dem Partikelfilter 8 angeordnet ist.
Ein Schritt des Verfahrens ist das Feststellen 100, dass der Verbrennungsmotor in einer Schubbetriebsart betrieben wird.
Bei Feststellung, dass der Verbrennungsmotor nicht im Schubbetrieb, sondern stattdessen unter Last betrieben wird, wird das Trennelement 23, 24, 25 im geöffneten Zustand gehalten 110.
Wenn stattdessen alternativ festgestellt wird, dass der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb betrieben wird, ist ein weiterer Schritt des Verfahrens das Feststellen 120, ob eine Regeneration des Partikelfilters 8 durchgeführt werden soll.
Bei Feststellung, dass keine Regeneration des Partikelfilters 8 durchgeführt werden soll, wird das Trennelement 23, 24, 25 im geschlossenen Zustand gehalten 130.
Wenn stattdessen alternativ festgestellt wird, dass eine Regeneration des Partikelfilters 8 durchgeführt werden soll, wird das Trennelement 23, 24, 25 im geöffneten Zustand gehalten 140 und es wird geprüft 150, wann die Regeneration abgeschlossen ist.

Claims

Steuersystem zur Verbesserung einer Filterwirkung eines Partikelfilters (8) für ein Kraftfahrzeug, wobei • das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Abgasstrang umfasst, • der Partikelfilter (8) abgasstromabwärts nach dem Verbrennungsmotor im Abgasstrang angeordnet ist, • der Verbrennungsmotor und/oder der Abgasstrang zumindest ein Trennelement (15, 23, 24, 25) zum zumindest teilweisen Unterbrechen des abgasseitigen Gasstroms umfasst, • das Trennelement (15, 23, 24, 25) im Abgasstrang zwischen einem Zylinder (16) des Verbrennungsmotors und dem Partikelfilter (8) angeordnet ist, und • das Steuersystem eingerichtet ist, • festzustellen (100), dass der Verbrennungsmotor in einer Schubbetriebsart betrieben wird, und • bei festgestelltem Betrieb des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb das Trennelement (15, 23, 24, 25) im geschlossenen Zustand zu halten (130).
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Trennelement (15) ein Auslassventil eines Zylinders (16) des Verbrennungsmotors ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Trennelement (23, 24, 25) eine Abgasklappe ist.
Steuersystem nach Anspruch 3, wobei das Steuersystem eingerichtet ist • zu bestimmen, ob eine Regeneration des Partikelfilters (8) durchgeführt werden soll, und • das Trennelement (23, 24, 25) bei Betrieb des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb zu schließen, wenn keine Regeneration des Partikelfilters (8) durchgeführt werden soll.
Steuersystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Trennelement (23, 24, 25) in einem Abgaskrümmer (12) des Abgasstrangs angeordnet ist.
Steuersystem nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei das Trennelement (23, 24, 25) abgasstromabwärts nach einem Turbolader (2, 4) im Abgasstrang angeordnet ist.
Steuersystem nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, wobei zwischen dem Trennelement (23, 24, 25) und dem Partikelfilter (8) keine weiteren Elemente im Abgasstrang angeordnet sind.
Steuerverfahren zur Verbesserung einer Filterwirkung eines Partikelfilters (8) für ein Kraftfahrzeug, wobei • das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Abgasstrang umfasst, • der Partikelfilter (8) abgasstromabwärts nach dem Verbrennungsmotor im Abgasstrang angeordnet ist, • der Verbrennungsmotor und/oder der Abgasstrang zumindest ein Trennelement (15, 23, 24, 25) zum zumindest teilweisen Unterbrechen des abgasseitigen Gasstroms umfasst, • das Trennelement (15, 23, 24, 25) im Abgasstrang zwischen einem Zylinder (16) des Verbrennungsmotors und dem Partikelfilter (8) angeordnet ist, und • das Steuerverfahren die folgenden Schritte umfasst: • Feststellen (100), dass der Verbrennungsmotor in einer Schubbetriebsart betrieben wird, und • Halten (130) des Trennelements (15, 23, 24, 25) im geschlossenen Zustand bei Betrieb des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb.
Abgasstrang zur Verbesserung einer Filterwirkung eines Partikelfilters (8) für ein Kraftfahrzeug, wobei • der Partikelfilter (8) in dem Abgasstrang angeordnet ist, • ein Trennelement (15, 23, 24, 25) zum zumindest teilweisen Unterbrechen des abgasseitigen Gasstroms abgasstromaufwärts des Partikelfilters (8) in dem Abgasstrang angeordnet ist, und • das Trennelement (15, 23, 24, 25) eingerichtet ist, bei Betrieb eines mit dem Abgasstrang gekoppelten Verbrennungsmotors in einem Schubbetrieb im geschlossenen Zustand gehalten zu werden.