WO2015169958A1 - Verfahren und vorrichtung zur regeneration eines partikelfilters - Google Patents

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WO2015169958A1
WO2015169958A1 PCT/EP2015/060223 EP2015060223W WO2015169958A1 WO 2015169958 A1 WO2015169958 A1 WO 2015169958A1 EP 2015060223 W EP2015060223 W EP 2015060223W WO 2015169958 A1 WO2015169958 A1 WO 2015169958A1
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regeneration strategy
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regeneration
vehicle
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PCT/EP2015/060223
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Mark Hendrikx
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Fev Gmbh
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
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    • F02D41/029—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a particulate filter
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0812—Particle filter loading

Definitions

  • the present invention relates to a method implemented in an engine control of a vehicle, in particular a landbound, vorzugswei ⁇ se road and / or off-road vehicle, the method is a particulate filter regeneration in a working on a gasoline principle, preferably direct injection and or injector-injecting internal combustion engine of the vehicle, wherein the particulate filter regeneration pursues a multi-stage regeneration strategy. Furthermore, a vehicle is proposed which has implemented such a method.
  • DE 10 2006 021 302 B3 describes a method for determining a soot concentration in an exhaust gas of a direct injection internal combustion engine.
  • the amount of soot in the exhaust gas is determined by means of a calculation model.
  • maps are ver ⁇ used , which are generated in a stationary state on the engine test bench and a soot emissions depending on an operating condition of the internal combustion engine in the test bench reproduces.
  • the method takes into account that the soot emission and the nitrogen oxide emission of a directly injecting internal combustion engine correlate with each other and the nitrogen oxide emission in the exhaust gas can be detected by means of a sensor by measurement. ⁇ out from the measured nitrogen oxide concentration is to be closed with the addition of appropriate markings on the soot concentration in the exhaust ⁇ to.
  • the method takes into account a passive as well as an active regeneration of the particulate filter used. An active regeneration can be effected by an auxiliary burner or by a post-injection of additional fuel into the combustion chamber. By doing so, a trade-off to an internal combustion engine is to be avoided.
  • the DE 10 2010 044 102 AI describes another exhaust system for an internal combustion engine, which is provided with a particulate filter.
  • the exhaust system comprises a catalyst and this downstream of the particulate filter.
  • a secondary air inlet opening for introducing secondary air via at least one flutter valve in the exhaust line is provided in the exhaust line upstream of the particulate filter.
  • the document states that strict direct emissions emission limit values must be observed for gasoline engines with direct injection. Through the secondary inlet opening, the introduction of secondary air via the flutter valve and thus the introduction of additional oxygen for the oxidation or combustion of soot particles in the particulate filter is possible.
  • the exhaust system can be used with internal combustion engines, which have a fuel cut.
  • the object of the present invention is to be able to design a combustion engine operating according to the Otto principle for the future in terms of emission standards to be complied with.
  • a method implemented in an engine control system of a vehicle the method performing a particulate filter regeneration on an Otto-type internal combustion engine of the vehicle, the particulate filter regeneration following a multi-stage regeneration strategy in which after a first Stage at which a passive regeneration strategy is executable, at least the following steps are executable:
  • a method is proposed implemented in an engine control of a vehicle, wherein the method performs a particulate filter regeneration in a working on a Otto principle, preferably direct injection and / or an intake manifold internal combustion engine of the road vehicle, wherein the particulate filter regeneration pursues a multi-stage regeneration strategy comprising at least the following steps:
  • Determining a soot content in a particulate filter of an exhaust line of the internal combustion engine - checking based on at least three different regeneration Strate ⁇ technologies, each require a different procedure in an operating strategy of the road vehicle, which is this regeneration strategies are being used, being in this case at least inspected passive regeneration strategy and optionally applied, and
  • the proposed method is used in the context of an engine control for a special operation of the particulate filter regeneration in the internal combustion engine.
  • the proposed method is particularly suitable for preventing a breakthrough or a blockage, provided that the predominant area of heating of the exhaust gas line by the exhaust gas temperatures in an internal combustion engine operated by the gasoline method is insufficient, sufficient particle combustion in the particle filter by means of the passive regeneration strategy in order to reduce or avoid clogging (and / or exceeding the maximum permissible load) thereof.
  • the use of deceleration phases is optionally provided in this passive regeneration, in which an injection is turned off and thus sufficient oxygen in the particulate filter is present to carry out the combustion.
  • a vehicle which has an automatic transmission, wherein the automatic transmission has different operating modes adjustable, wherein each mode of operation is assigned a mutually different regeneration strategy.
  • a further embodiment provides for a vehicle that at least one of the active regeneration strategies is linked to a limitation of a transient operating behavior of the internal combustion engine.
  • the vehicle has the method implemented in such a way that at least each active regeneration strategy has a differently strong effect on an operating behavior of the internal combustion engine.
  • the success of the second active regeneration strategy can again be checked, and if at least one further third regeneration strategy can not be successful.
  • the operating strategy of the vehicle can be intervened in such a way that the probability of entering a fuel cut-off phase with hot exhaust gas temperatures is increased.
  • the switch-on conditions of the fuel cut-off can be adapted, wherein a lower speed threshold is preferably selected.
  • the second active regeneration strategy may have a higher regeneration efficiency than the first active regeneration strategy, wherein the second active regeneration strategy has a greater influence on the driveability of the vehicle than the first active regeneration strategy.
  • the third active regeneration strategy can have a higher regeneration efficiency than the second active regeneration strategy, wherein the third active regeneration strategy has a greater influence on the driveability of the vehicle than the second active regeneration strategy.
  • the internal combustion engine may be operated at a low part load in a lean operation with a spark retard setting to increase an exhaust gas temperature.
  • fuel cutoff is provided to at least at least a single cylinder of the internal combustion engine at a low partial load point.
  • a passive regeneration strategy to be checked first before one of the other regeneration strategies according to the above procedure is checked and if necessary applied.
  • the particle filter loading of the soot particle filter can be determined, for example, via a differential pressure measurement via the soot particle filter. Additionally as well as alternatively, however, a soot loading level can also be predicted by means of a soot loading model, an evaluation of existing driving data or ambient data, or the soot particle filter loading can be estimated in another way. the . From the above-mentioned prior art, also different methods and devices emerge, with which the soot particle filter loading is detected. This is also referred to.
  • the soot load can be determined by detecting one or more of the following data: For example, a route and its geological profile, prevailing traffic conditions, especially traffic news, measured traffic speeds, information sent by vehicles in the immediate vicinity, climatic conditions such as temperature and humidity along the route, set driving profiles, for example, with regard to the stored in the control unit driving profiles, the desired procedure of switching in an automatic transmission as well as other suitable measures.
  • a further embodiment provides that a passive and active two Rege ⁇ nerationsstrategien successively or be tested in parallel, wherein at least one of the regeneration strategies is selected and executed, its success is checked and executed one of the other regeneration strategies with insufficient success, and again on the success is checked, which may be followed by at least one further regeneration.
  • a repetition of at least one regeneration strategy preferably of at least two active regeneration strategies, can take place.
  • a success of a regeneration is preferably predeterminable. This success can be checked according to an embodiment, for example, based on at least one, in particular two parameters. This value may be, for example, a pressure drop across the particulate filter, a parameter taken downstream of the particulate filter, a particulate filter load, some other measurable particulate filter behavior due to soot loading, or others.
  • the method provides that, when checking the at least four regeneration strategies, the following is checked:
  • the method checks the steps (a) to (d) in this order and then optionally carried out individually.
  • a further embodiment of the method provides that the method performs steps (a) to (d) at least partially simultaneously.
  • the filter load is detected and, on the other hand, it is checked via a combustion model, for example, because the determined filter load can actually be sufficiently burned off by means of the respective regeneration strategy.
  • the same model for estimating the filter particle load is repeatedly accessed during a respective test.
  • the same function is also used for clarifying whether the respective regeneration strategy provides sufficient burn-up, for example a burn-off model.
  • a further embodiment in turn, provides that, depending on the regeneration strategy to be tested, a specific function or a specific model is selected with which the success of the respective regeneration strategy on the soot filter loading is determined, in particular estimated.
  • a specific function or a specific model is selected with which the success of the respective regeneration strategy on the soot filter loading is determined, in particular estimated.
  • a further development of the method comprises that when determining the soot content estimation by means of a Ru Otstehungsmodells occurs wel ⁇ ches at least taken into account of the following factors, preferably at least the following factors into consideration: an oil consumption, a soot emissions as a function of a rotational speed and / or load , one or more correction factors which are determined as a function of an implemented wall-film model of an Otto engine combustion, and one or more environmental conditions.
  • the method can access a permanent as well as a volatile memory. While the respective regeneration strategies are stored in the permanent memory, the access to a volatile memory enables the results of the respective tests, adjusted target values, results and model calculations as well as estimates for the specific time to be stored, but can be continuously adjusted or updated also override.
  • the method uses a combustion model in determining the soot content, which is based on an existing combustion Oxygen content, an exhaust gas mass flow and a filter temperature makes a quantitative estimate of a particulate filter regeneration.
  • the method can provide that a number of particles is determined, with regeneration of the particulate filter preferably being triggered when a predefinable maximum value is exceeded.
  • An exemplary embodiment of the method provides that the respectively active regeneration strategy be tested step by step in an order with increasing efficiency of the available regeneration strategies, but also with increasing influence on the driveability of the vehicle. If it turns out, for example, that the passive particulate filter regeneration strategy is not sufficient, the active regeneration strategy which has the least influence on the drivability of the vehicle is first checked. Under the influence on the drivability is in particular any specification regarding the provision of a fuel injection or its suppression to understand, especially taking into account the current driving operation. For example, increasing the influence over, for example, the engine control unit may result in a first active regeneration strategy attempting to increase a likelihood of obtaining a fuel cut-off phase with hot exhaust gas temperatures in the operator selected operating mode.
  • an adaptation of switch-on of the fuel cut-off can be made, for example by means of a lower speed threshold. It may also be provided, for example, that one or more transmission strategies are not permitted, for example as would otherwise be possible by means of a sailing (engine disengaged and idling). Such a strategy would probably be noticed by the user of the road vehicle only very little, but could already be sufficient for a variety of passive particle filter regeneration still insufficient cleaning present cases.
  • another stage provides that, after some time, the previous level does not match the previous active regeneration strategy one, for example, by an adjustable default verifiable success has led to the particle filter cleaning is activated.
  • the internal combustion engine is now operated lean at a low partial load, that is to say with a ⁇ > 1.
  • This is preferably carried out in conjunction with a spark retard.
  • an adjustment of the ignition can be made late. This is used in particular to increase the exhaust gas temperature.
  • such a solution may also depend on a certain time frame within which this further active regeneration strategy must be performed. This may be due, for example, to the fact that the chosen strategy has a certain inertia.
  • this second, active regeneration strategy does not need to be tracked but interrupted or interrupted, it can lead to insufficient cleaning (or emptying) of the particulate filter due to burnup. Therefore, in such a situation, for example, it may be possible to use the third, active regeneration strategy.
  • an abort criterion is stored, from which the first, (and / or) second regeneration strategy is interrupted and then switched to the third, active regeneration strategy.
  • Characterized oxygen is pushed into the exhaust gas through this cylinder, thereby creating the possibility to obtain an increased combustion temperature and hence a Besse ⁇ res burning of the particulates contained in the particulate filter.
  • the ⁇ ses can be supported by, for example, that an ignition retarded or even a spark ignition as such, in turn, in turn, to increase the exhaust gas temperature in addition.
  • spark retardation is meant an adjustment of the ignition timing, which leads to the fuel-air mixture in the cylinders being ignited after a thermodynamically optimal ignition time.
  • the spark ignition has the consequence that an expansion of the burned power Substance air mixture is lower than in an ignition with thermodynamically optimal ignition angle, whereby the temperature of the expelled from the cylinder exhaust gas is increased.
  • this fourth regeneration strategy should not be sufficient in its active form, provision can be made, for example, for additional activation to go beyond that.
  • provision can be made, for example, for additional activation to go beyond that.
  • a signal can be generated, which finally can lead to a warning function to the user of the internal combustion engine.
  • an error message can also be made about this, which converts the internal combustion engine into a specific operating mode which is intended to prevent damage to components of the internal combustion engine by insufficient particle filter cleaning.
  • this restriction by the engine control unit becomes more drastic the longer the user of the vehicle ignores an optionally issued warning, for example displayed in a display of the road vehicle.
  • a vehicle in particular a road vehicle and / or an off-road vehicle with an internal combustion engine operating according to the Otto principle, preferably with direct injection and / or intake manifold injection with an exhaust line, in which a particulate filter is arranged, proposed with an engine control unit, wherein the engine control unit a volatile and a nonvolatile memory having an implemented method for particle filter generation, preferably with a method as described above or as described in more detail below, wherein at least one passive particulate filter regeneration strategy is executable and at least two different active particulate filter regeneration strategies are implemented in the method, respectively take a different influence by means of the engine control unit on the operation of the internal combustion engine, and with an implemented determination of a loading state of the particulate filter, which is preferably implemented in the engine control unit.
  • the road vehicle to provide, in addition to the engine control unit, at least one further control device which is used in the particle filter regeneration.
  • at least one further control device which is used in the particle filter regeneration.
  • the other control device can, for example, take over operations that the engine control unit otherwise performs.
  • Another embodiment provides that the engine control unit and / or at least one control unit connected to it operate as a parallel computer network. As a result, a computing capacity can be increased and, in particular even in a transient driving operation, accurate monitoring of the regeneration can be ensured.
  • a development provides that at least each active regeneration strategy has a different impact on a performance of the internal combustion engine. Furthermore, it can be provided that at least one of the active regeneration strategies is linked to a limitation of a transient operating behavior of the internal combustion engine.
  • a further development provides that the vehicle has an automatic transmission, wherein the automatic transmission different operating has adjustable, further each mode of operation is assigned a mutually different regeneration strategy.
  • the proposed invention can be used not only in land vehicles such as road vehicles or off-road vehicles such as terrain ⁇ vehicles, tracked vehicles, construction vehicles or snowmobiles.
  • Other vehicles such as marine vessels or Heilfahrzeu ⁇ ge can have at least the method implemented.
  • the method can also be used in internal combustion engines, which are integrated in work machines, in stationary as well as in mobile systems.
  • a heat engine which initiate the combustion of a fuel-air mixture by means of spark ignition, such as a spark plug or a glow plug.
  • spark ignition such as a spark plug or a glow plug.
  • gasoline and petrol fuels as well as alternative fuels such as gaseous hydrocarbons (LPG, CNG) or hydrogen can be used.
  • ignition jet engines which ignite a homogeneous fuel / air mixture by means of an inhomogeneous ignition jet (direct diesel injection).
  • internal combustion engines operating under the Otto principle can be operated both with a homogeneous and with an inhomogeneous fuel / air mixture, such as, for example, in direct gasoline injection.
  • Fig. 2 shows a first exemplary embodiment of the proposed method
  • Fig. 1 shows a section of a road vehicle 1 with a working according to the Otto principle internal combustion engine 2 with direct injection.
  • the internal combustion engine 2 has, for example, a first supply 3 via which air or an air / exhaust gas mixture is supplied.
  • a second feed 4 is provided, for example, for the fuel (or fuel) to be directly injected.
  • a first exhaust 5 is associated with an exhaust line 6.
  • the first discharge 5 leads to a particle filter 7. From this, the exhaust gas finally flows through a second discharge 8 into the environment.
  • the particulate filter 7 has, for example, a first sensor 9. Just as well as before and after the particulate filter 7, a second sensor 10 may be provided.
  • the two sensors 9, 10 are connected to an engine control unit 11, in which the proposed method is implemented.
  • a particulate filter loading can be determined.
  • the method 12 is indicated here.
  • the engine control unit 11 may be connected to a second control unit 13.
  • the second control unit 13 can redundantly take over tasks for the engine control unit 11 as well as for the engine control unit 11.
  • the engine control unit 11 in turn executes the method 12 and acts for this purpose on the internal combustion engine 2 as well as possibly also on other not ⁇ maneuverable components accordingly. Subsequently variety of ways at ⁇ possibilities for the design of the proposed method 12 will be explained in greater detail.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of a proposed method. At the beginning of operation of the vehicle by commissioning, for example, the internal combustion engine, a first test is initiated, indicated by the start 14.
  • a first query 15 which has the content, whether a soot content in a particulate filter of an exhaust system of the internal combustion engine is not too high, therefore, whether the previous particle filter cleaning was sufficient or whether a particle filter cleaning has to start soon.
  • it can be checked in this first query 15 whether, for example, a passive regeneration should first be performed, for example. It is also possible to check whether passive regeneration was sufficient. If this is the case in each case, the system returns to the start position with the number 14. On the other hand, if a passive regeneration strategy does not allow sufficient particle filter regeneration, or if it becomes apparent that the available memory option is so limited that passive regeneration is unlikely is sufficient, for example because too slow, can thus be moved to a next step 16.
  • a first active regeneration strategy is carried out, for example initiated a fuel cut, in which the hot exhaust gases occurring are passed directly into the particulate filter. It is therefore checked whether this particle filter regeneration was sufficient. If this is not the case, it can be decided, for example in this second query 17, to apply a second active regeneration strategy, as it is carried out in step 18. There is also the possibility, if the first, active regeneration is not enough to be able to repeat it. If, however, this first, active regeneration again leads to success, so that the particulate filter again allows sufficient filtration can be aborted and, for example, after some time or, for example, if a calculation of a soot content of the particulate filter indicates again with the step 14 and the following steps will be started.
  • the second, active regeneration strategy leads to success, it can then be aborted. If, for example, it does not lead to success, it can be repeated or, for example, another third, active regeneration strategy can be initiated.
  • the third active regeneration strategy may include, for example, providing fuel injection shutdown at at least individual cylinders of the internal combustion engines to a low partial load point.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a possible sequence of the proposed method. For example, it can be determined in a first step 20 whether the particulate filter functions at all or how its loading state is currently. In a subsequent step 21, a check can then be made as to whether, on the basis of, for example, predefinable parameters, the determined particle filter load makes it necessary to initiate a regeneration. If this is the case, for example, within the scope of step 21, it is also possible to directly which of the different possibilities of regeneration strategies are used at all. Thus, for example, can be selected directly between a passive regeneration strategy 22, a first, active regeneration strategy 23, a second active regeneration strategy 24 and a third regeneration strategy 25.
  • the active regeneration strategies differ in each case by different interventions on the operation of the internal combustion engine, especially by means of engine control unit. These regeneration strategies are alternatively provided by the method. Following the execution of one of these regeneration strategies, it can then be queried whether the measure achieved was sufficient. In this checking step 26, it can then be decided to repeat the regeneration, because, for example, the particle filter could not yet be burned sufficiently. On the other hand, however, it is also possible, for example due to the driving behavior of the user of the road vehicle, to adjust to the situation that one of the regeneration strategies used should now be replaced by another regeneration strategy.
  • the process sequences may comprise mixtures of the different designs resulting from FIGS. 2 and 3, as well as additional elements which have so far received no mention as queries.
  • the regeneration strategy is embedded in a driving strategy which, for example, can be performed by the engine control unit depending on the user. This includes, in particular, the possibility that self-learning systems are used in this case.

Abstract

Es wird ein Verfahren implementiert in einer Motorsteuerung eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei das Verfahren eine Partikelfilter-Regeneration bei einer nach einem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs ausführt, wobei die Partikelfilter-Regeneration eine mehrstufige Regenerationsstrategie verfolgt, bei der nach einer ersten Stufe, bei der eine passive Regenerationsstrategie ausführbar ist, zumindest die folgenden Schritte ausführbar sind : - Bestimmen eines Rußgehalts in einem Partikelfilter eines Abgasstrangs der Verbrennungskraftmaschine, - Prüfen ob der Rußgehalt einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet, - Ausführen einer ersten aktiven Regenerationsstrategie, wenn der vorgegebene Höchstwert überschritten ist, wobei die aktive Regenerationsstrategie einen Eingriff in eine Betriebsstrategie des Fahrzeugs bedingt, - Überprüfen, ob der Erfolg der ersten aktiven Regenerationsstrategie ausreichend ist, - Ausführen wenigstens einer zweiten aktiven Regenerationsstrategie, wenn der Erfolg der ersten aktiven Regenerationsstrategie nicht ausreichend ist.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR REGENERATION EINES PARTIKELFILTERS
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren implementiert in einer Motorsteuerung eines Fahrzeugs, insbesondere eines landgebundenen, vorzugswei¬ se 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.
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 otto motorische 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 ver¬ wendet, 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. Ausge¬ hend von der gemessenen Stickoxidkonzentration soll unter Hinzunahme entsprechender Kennfelder auf die Rußkonzentration im Abgas geschlossen wer¬ den. 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. Die DE 10 2011 107 692 B3 wiederum beschreibt ein Verfahren zur Reaktivie- rung von Abgasreinigungsanlagen für Magermotoren umfassend einen Oxidati- onskatalysator und einen Partikelfilter. Dort soll eine Reaktivierung des Partikelfilters während einer Schubabschaltung des Motors erfolgen.
Die DE 10 2010 044 102 AI 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.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine nach dem Otto-Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine zukunftsfähig hinsichtlich einzuhaltender Abgasnormen gestalten zu können.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13 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 unabhän¬ gigen 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.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren implementiert in einer Motorsteuerung eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei das Verfahren eine Partikelfilter-Regeneration bei einer nach einem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs ausführt, wobei die Partikelfilter- Regeneration eine mehrstufige Regenerationsstrategie verfolgt, bei der nach einer ersten Stufe, bei der eine passive Regenerationsstrategie ausführbar ist, zumindest die folgenden Schritte ausführbar sind :
- Bestimmen eines Rußgehalts in einem Partikelfilter eines Abgasstrangs der Verbrennungskraftmaschine,
- Prüfen ob der Rußgehalt einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet,
- Ausführen einer ersten aktiven Regenerationsstrategie, wenn der vorgegebene Höchstwert überschritten ist, wobei die aktive Regenerationsstrategie einen Eingriff in eine Betriebsstrategie des Fahrzeugs bedingt,
- Überprüfen, ob der Erfolg der ersten aktiven Regenerationsstrategie ausreichend ist,
- Ausführen wenigstens einer zweiten aktiven Regenerationsstrategie, wenn der Erfolg der ersten aktiven Regenerationsstrategie nicht ausreichend ist.
Ferner 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 Regenerationsstrate¬ gien, 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.
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 Regerations- strategie eine ausreichende Partikelverbrennung im Partikelfilter zu erzielen, um eine Verstopfung (und/oder Überschreitung der max. zulässige Beladung) 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. Aller¬ dings 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 be¬ wegt, 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 Partikeifiltersäuberung erzielen zu können. Vielmehr hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass insgesamt zumindest drei verschiedene Strafe- gien in Verbindung miteinander erst in der Lage sind, tatsächlich für die verschiedensten Fälle diejenige Zukunftssicherheit zur Verfügung stellen zu kön¬ nen, 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.
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 transien- ten Betriebsverhalten der Verbrennungskraftmaschine. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug das Verfahren derart implementiert aufweist, dass zumindest jede aktive Regenerationsstrategie eine unterschiedlich starke Auswirkung auf ein Betriebsverhalten der Verbrennungskraftmaschine aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann nach Ausführen der zweiten aktiven Regenerationsstrategie, der Erfolg der zweiten aktive Regenerationsstrategie wiederum geprüft werden, wobei sich bei nicht ausreichendem Erfolg zumindest eine weitere dritte Regenerationsstrategie anschließen kann.
Ferner kann bei der ersten aktiven Regenerationsstrategie derart in die Betriebsstrategie des Fahrzeugs eingegriffen werden, dass die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, in eine Schubabschaltungsphase mit heißen Abgastemperaturen zu gelangen. Bei der ersten aktiven Regenerationsstrategie können die Einschaltbedingun¬ gen der Schubabschaltung angepasst werden, wobei vorzugsweise eine tiefere Drehzahlschwelle gewählt wird.
Bei der ersten aktiven Regenerationsstrategie können bestimmte Getriebestrategien nicht zugelassen werden.
Die zweite aktive Regenerationsstrategie kann einen höheren Regenerations- Wirkungsgrad aufweisen als die erste aktive Regenerationsstrategie, wobei die zweite aktive Regenerationsstrategie einen stärkeren Einfluss auf die Fahrbarkeit des Fahrzeugs hat als die erste aktive Regenerationsstrategie.
Die dritte aktive Regenerationsstrategie kann einen höheren Regenerations- Wirkungsgrad aufweisen als die zweite aktive Regenerationsstrategie, wobei die dritte aktive Regenerationsstrategie einen stärkeren Einfluss auf die Fahrbarkeit des Fahrzeugs hat als die zweite aktive Regenerationsstrategie.
Bei der zweiten aktiven Regenerationsstrategie kann die Verbrennungskraftmaschine bei einer niedrigen Teillast in einem Magerbetrieb mit Einstellung einer Spätzündung zur Erhöhung einer Abgastemperatur betrieben werden.
Bei der dritten aktiven Regenerationsstrategie ist ein Abschalten einer Kraftstoffeinspritzung bei zumindest wenigstens einem einzelnen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine in einem niedrigen Teillastpunkt vorgesehen.
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 wer- den . 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 .
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine passive und zwei aktive Rege¬ nerationsstrategien 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 .
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.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Verfahren die Schritte (a) bis (d) in dieser Reihenfolge prüft und diese gegebenenfalls sodann einzeln ausgeführt werden.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Verfahren die Schritte (a) bis (d) zumindest teilweise gleichzeitig ausführt.
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.
Eine Weiterbildung des Verfahrens beinhaltet, dass beim Bestimmen des Rußgehalts eine Abschätzung mittels eines Rußentstehungsmodells erfolgt, wel¬ ches 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.
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.
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.
Insbesondere kann das Verfahren vorsehen, dass eine Partikelanzahl ermittelt wird, wobei bevorzugt bei Überschreiten eines vorgebbaren Höchstwerts eine Regeneration des Partikelfilters ausgelöst wird.
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 (Motor ausgekuppelt und im Standgas) 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.
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 (bzw. Entleerung) 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, (und/oder) 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 besse¬ res Verbrennen der im Rußpartikelfilter enthaltenen Partikel zu erhalten. Die¬ ses 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.
Mit Spätzündung ist ein Verstellen des Zündzeitpunktes gemeint, welches dazu führt, dass das in den Zylindern befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch nach einem thermodynamisch optimalen Zündzeitpunkt gezündet wird. Die Spätzündung hat infolgedessen zur Folge, dass eine Expansion des verbrannten Kraft- stoff- Luft-Gemisches geringer ausfällt als bei einer Zündung mit thermodyna- misch optimalem Zündwinkel, wodurch die Temperatur des aus dem Zylinder ausgeschobenen Abgases erhöht wird.
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 ver¬ hindern, welches ansonsten zu einer Schädigung nicht nur des Partikelfilters sondern gegebenenfalls von den Partikelfilter umgebenden Komponenten des Fahrzeuges führen kann.
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 eine passive Partikelfilter-Regenerationsstrategie ausführbar ist und zumindest zwei verschiedene aktive 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.
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.
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.
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 Betriebs- weisen einstellbar aufweist, wobei weiterhin jeder Betriebsweise eine voneinander verschiedene Regenerationsstrategie zugeordnet ist.
Weiterhin kann die vorgeschlagene Erfindung nicht nur bei Landfahrzeugen wie Straßenfahrzeugen oder Off-Road-Fahrzeugen wie beispielsweise Gelände¬ fahrzeugen, Kettenfahrzeugen, Baufahrzeugen oder auch Schneemobilen zum Einsatz kommen. Auch andere Fahrzeuge wie Seefahrzeuge oder Luftfahrzeu¬ ge 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.
Unter einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine wird eine Wärmekraftmaschine verstanden, welche die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches mittels Fremdzündung, beispielsweise eine Zündkerze oder einer Glühkerze, einleiten. Wie sofort ersichtlich, können hierbei sowohl Benzin- bzw. Ottokraftstofe als auch alternative Kraftstoffe wie etwa gasförmige Kohlenwasserstoffe (LPG, CNG) oder Wasserstoff verwendet werden. Darüber hinaus können auch Zündstrahlmotoren, die ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch mittels eines inhomogenen Zündstrahls (Diesel- Direkteinspritzung) entflammen gemeint sein. Unter dem Otto-Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschinen können darüber hinaus sowohl mit einem homogenen als auch mit einem inhomogenen Kraftstoff-Luftgemisch betrieben werden, wie beispielsweise bei der Benzindirekteinspritzung.
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 : Fig. 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,
Fig. 2 eine erste beispielhafte Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens, und
Fig.3 eine zweite Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens.
Fig. 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 (oder Kraftstoff) 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 not¬ wendige Bauteile entsprechend ein. Nachfolgend werden verschiedene Mög¬ lichkeiten zur Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens 12 beispielhaft näher erläutert. Fig. 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.
Fig. 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 ent- schieden 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.
Diese so schematisch jeweils vorgestellten Möglichkeiten zeigen nur Beispiele von unterschiedlichen Verfahrensabläufen auf. Insbesondere können die Verfahrensabläufe Mischungen von den aus Fig. 2 und Fig. 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 .

Claims

Ansprüche
1. Verfahren implementiert in einer Motorsteuerung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren eine Partikelfilter-Regeneration bei einer nach einem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs ausführt, wobei die Partikelfilter-Regeneration eine mehrstufige Regenerationsstrategie verfolgt, bei der nach einer ersten Stufe, bei der eine passive Regenerationsstrategie ausführbar ist, zumindest die folgenden Schritte ausführbar sind :
- Bestimmen eines Rußgehalts in einem Partikelfilter eines Abgasstrangs der Verbrennungskraftmaschine,
- Prüfen ob der Rußgehalt einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet,
- Ausführen einer ersten aktiven Regenerationsstrategie, wenn der vorgegebene Höchstwert überschritten ist, wobei die aktive Regenerationsstrategie einen Eingriff in eine Betriebsstrategie des Fahrzeugs bedingt,
- Überprüfen, ob der Erfolg der ersten aktiven Regenerationsstrategie ausreichend ist,
- Ausführen wenigstens einer zweiten aktiven Regenerationsstrategie, wenn der Erfolg der ersten aktiven Regenerationsstrategie nicht ausreichend ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ausführen der zweiten aktiven Regenerationsstrategie, der Erfolg der zweiten aktive Regenerationsstrategie wiederum geprüft wird, wobei sich bei nicht ausreichendem Erfolg zumindest eine weitere dritte Regenerationsstrategie anschließen kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten aktiven Regenerationsstrategie derart in die Betriebsstrategie des Fahrzeugs eingegriffen wird, dass die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, in eine Schubabschaltungsphase mit heißen Abgastemperaturen zu gelangen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten aktiven Regenerationsstrategie die Einschaltbedingungen der Schubabschaltung angepasst werden, wobei vorzugsweise eine tiefere Drehzahlschwelle gewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten aktiven Regenerationsstrategie bestimmte Getriebestrategien nicht zugelassen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite aktive Regenerationsstrategie einen höheren Regenerations-Wirkungsgrad aufweist als die erste aktive Regenerationsstrategie, wobei die zweite aktive Regenerationsstrategie einen stärkeren Einfluss auf die Fahrbarkeit des Fahrzeugs hat als die erste aktive Regenerationsstrategie.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte aktive Regenerationsstrategie einen höheren Regenerations- Wirkungsgrad aufweist als die zweite aktive Regenerationsstrategie, wobei die dritte aktive Regenerationsstrategie einen stärkeren Einfluss auf die Fahrbarkeit des Fahrzeugs hat als die zweite aktive Regenerationsstrategie.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der zweiten aktiven Regenerationsstrategie die Verbrennungskraftmaschine bei einer niedrigen Teillast in einem Magerbetrieb mit Einstellung einer Spätzündung zur Erhöhung einer Abgastemperatur betrieben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der dritten aktiven Regenerationsstrategie ein Abschalten einer Kraftstoffeinspritzung bei wenigstens einem Zylinder der Verbrennungs- kraftmaschine in einem niedrigen Teillastpunkt vorgesehen ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bestimmen des Rußgehalts des Partikelfilters eine Abschätzung mittels eines Rußentstehungsmodells erfolgt, welches zumindest einen der folgenden Faktoren, bevorzugt 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 Wand¬ filmmodell einer ottomotorischen Verbrennung ermittelt werden, und ein oder mehrere Umgebungsbedingungen.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bestimmen des Rußgehalts ein Abbrandmodell genutzt wird, welches basierend auf einem vorhandenen Sauerstoffanteil, einem Abgasmassenstrom und einer Partikelfiltertemperatur eine quantitative Abschätzung einer Partikelfilter-Regeneration vornimmt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine partikelbezogener Wert, vorzugweise eine Partikelanzahl und/oder eine Partikelmasse in Bezug auf den Partikelfilter ermittelt wird, wobei bevorzugt bei Überschreiten eines vorgebbaren Höchstwerts eine Regeneration des Partikelfilters ausgelöst wird.
13. Fahrzeug mit einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine mit einer Direkteinspritzung und/oder einer Saugrohreinspritzung mit einem Abgasstrang, in dem ein Partikelfilter angeordnet ist, mit einem Motorsteuergerät, wobei das Motorsteuergerät einen flüchtigen und einen nichtflüchtigen Speicher aufweist, mit einem implementierten Verfahren zur Partikelfiltergeneration, vorzugsweise nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 12, wobei zumindest eine passive Partikelfilter-Regenerationsstrategie ausführbar ist und zumindest zwei verschiedene aktive Partikelfilter-Regenerationsstrategien in dem Ver- fahren implementiert sind und mit einer implementierten Ermittlung eines Beladungszustands des Partikelfilters, die bevorzugt im Motorsteuergerät implementiert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest jede aktive Regenerationsstrategie eine unterschiedlich starke Auswirkung auf ein Betriebsverhalten der Verbrennungskraftmaschine aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der aktiven Regenerationsstrategien verknüpft ist mit einer Beschränkung eines transienten Betriebsverhalten der Verbrennungskraftmaschine.
Fahrzeug nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Automatikgetriebe aufweist, wobei das Automatikgetriebe unterschiedliche Betriebsweisen einstellbar aufweist, wobei weiterhin jeder Betriebsweise eine voneinander verschiedene Regenerationsstrategie zugeordnet ist.
PCT/EP2015/060223 2014-05-09 2015-05-08 Verfahren und vorrichtung zur regeneration eines partikelfilters WO2015169958A1 (de)

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