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WO2020000010A1 - Verfahren und ottomotoranordnung mit einer verbesserten partikelfilterung ii - Google Patents

Verfahren und ottomotoranordnung mit einer verbesserten partikelfilterung ii Download PDF

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WO2020000010A1
WO2020000010A1 PCT/AT2019/060216 AT2019060216W WO2020000010A1 WO 2020000010 A1 WO2020000010 A1 WO 2020000010A1 AT 2019060216 W AT2019060216 W AT 2019060216W WO 2020000010 A1 WO2020000010 A1 WO 2020000010A1
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WO
WIPO (PCT)
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gasoline engine
particle filter
phase
oxygen
overrun
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/AT2019/060216
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Dreisbach
Günter Fraidl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • Gasoline particle filter relevant small or very small amount of stress - a so-called filter cake - which, although an increase in flow resistance, but also a significant improvement in cleaning performance and / or particle separation performance.
  • the deposition of the particles on the surface or inside the filter wall of the exhaust gas filter increases the flow resistance and thus also the differential pressure generated by the exhaust gas volume flow through the exhaust gas filter.
  • a differential pressure threshold value is reached - for example if a certain particle mass is deposited on the filter wall of the exhaust gas filter - the
  • the natural regeneration potential is increased by active measures and / or special measures for the regeneration of the exhaust gas filter are reached when a certain particle mass which is deposited on the filter wall of the exhaust gas filter is reached.
  • the regeneration of the exhaust gas filter takes place through the combustion of or of parts of the combustible components of the deposited particles.
  • the regeneration will necessary if a high exhaust back pressure due to the particle loading
  • Regeneration of the exhaust filter is controlled by the engine control system
  • Exhaust gas aftertreatment system with at least one gasoline engine particle filter, the gasoline engine particle filter with the gasoline engine in its
  • Particles emitted in the normal operating mode, in particular with soot and / or with ash, are loaded, the gasoline engine particle filter having its normal filtration efficiency when loaded with particles, the gasoline particle filter having a fresh filtration state, in particular in a regenerated state or in a new state, having a reduced filtration efficiency, wherein the overrun operation phase by at least one unfired overrun operation phase and / or at least one
  • Gasoline engine is pumped and / or externally supplied air, and being in the
  • flowing gas has a lower oxygen content than the ambient air.
  • Soot oxidation processes take place, as a result of which the gasoline engine particle filter is at least partially regenerated, and that an oxygen-reduced overrun operation phase is carried out in order to slow down and / or prevent regeneration of the gasoline engine particle filter.
  • the gasoline engine arrangement can be the gasoline engine arrangement
  • the gasoline engine arrangement includes a gasoline engine, a
  • Control unit and an exhaust gas aftertreatment system with at least one
  • Gasoline engine particulate filter
  • the exhaust gas generated in the gasoline engine flows through the gasoline engine particle filter of the exhaust gas aftertreatment system.
  • the particles emitted by the gasoline engine are not limited to the gasoline engine.
  • soot emitted by the gasoline engine and / or the ash emitted by the gasoline engine are filtered by the gasoline engine particle filter.
  • the exhaust gas aftertreatment system may include a main catalytic converter, if appropriate a precatalyst, a heating catalytic converter, a GPF, an NSC, an SCR system and / or a secondary air injection.
  • the gasoline engine particle filter only after a certain particle loading, especially after a so-called basic loading, has its preferably in the sense of
  • the particle residue is the particle residue that forms during filtration on the gasoline engine particle filter
  • the gasoline engine particle filter has its normal filtration efficiency with a particle load of over 0g / l,
  • Soot loading quantity increases significantly even with the smallest quantities of soot.
  • the lower the necessary basic loading of the gasoline engine particle filter the shorter the duration in which the gasoline engine is operated in the filling operation phase. This can make it possible, on the one hand, the
  • the particle loading which is required by the gasoline engine particle filter in order to be able to have its maximum normal filtration efficiency, preferably in terms of sustainability may be product-specific and in particular as a function of the basic substrate data, such as in particular the porosity, the wall thickness, the cell density and the like , and the coating that may be applied to the substrate, such as the so-called washcoat with its characterizing parameters, optionally supplemented by a
  • Precious metal loading is to be defined. If appropriate, it is provided that the gasoline engine particle filter has a filtration efficiency that is largely independent of the soot loading, in particular a permanently high filtration efficiency or permanently its normal filtration efficiency after a certain runtime. These are permanently high or permanently normal
  • Petrol engine particle filters over the running time, which are particularly dependent on the oil consumption and / or an oil specification of the engine. As soon as the gasoline engine particle filter is loaded with a certain amount of ash, the operation of the gasoline engine in the filling operation phase may no longer be necessary, since the gasoline engine particle filter has its normal filtration efficiency, for example, even after its regeneration, in particular complete regeneration.
  • the gasoline engine particle filter has a reduced state when it is fresh, in particular when it is in a regenerated state or in a new state
  • the gasoline engine particle filter has a filtration efficiency that is lower than its normal filtration efficiency
  • a fresh state is understood to mean, in particular, a state of the gasoline engine particle filter in which the gasoline engine particle filter is essentially not loaded with any particles, in particular unloaded, and none or one which is insufficiently effective in terms of filtration in terms of filtration
  • the fresh condition of the gasoline engine particle filter is understood to mean the fully regenerated condition or the brand new, not retracted condition of the gasoline engine particle filter.
  • the gasoline engine can be operated in the normal operating phase, with at least one fuel and air in the combustion chambers in the normal operating phase
  • Cylinder of the gasoline engine and can be converted to exhaust gas by combustion.
  • the gasoline engine is optionally operated in a manner oscillating around a lambda value l of 1.0, and in particular is operated and / or regulated with a lambda value l in the range from 0.9 to 1.1, preferably from 0.95 to 1.05 becomes.
  • the gasoline engine is operated and / or regulated in its normal operating phase in phases or permanently under or over stoichiometric, or rich or lean.
  • the overrun phase is formed by at least one unfired and / or at least one oxygen-reduced overrun phase.
  • Fuel supply to the gasoline engine is stopped. This allows fuel consumption to be reduced in the unfired overrun phase, but only air to be pumped through the gasoline engine.
  • the gas flowing through the gasoline engine particle filter has an oxygen content which is lower than that
  • the gas flowing through the gasoline engine particle filter in the oxygen-reduced coasting operating phase has an oxygen content which is lower than the oxygen content of the gas flowing through the gasoline engine particle filter in the unfired fueling coasting phase. Due to the lower oxygen content in the oxygen-reduced overrun phase a regeneration of the gas flowing through the gasoline engine particle filter in the oxygen-reduced coasting operating phase.
  • Gasoline engine particulate filter slowed down or prevented.
  • Soot oxidation process slower in the oxygen-reduced coasting phase than in the unfired coasting phase.
  • the slowdown is due in particular to the lower oxygen content, in particular to the lower amount of oxygen which flows through the gasoline engine particle filter in the respective overrun phase.
  • the gasoline engine particle filter is regenerated in the unfired overrun mode if the gasoline engine particle filter itself, the exhaust gas flowing through the gasoline engine particle filter and / or particles located in the gasoline engine particle filter are or have a temperature which is greater than a regeneration temperature,
  • the combustible constituents of the particles, which have accumulated in the gasoline engine particle filter, can be completely or partially burned. Through regeneration, especially through
  • the load on the gasoline engine particle filter is reduced and the particle residue and, if necessary, the filter cake of the gasoline engine particle filter are reduced.
  • the method is automated, in particular in a control unit of a motor vehicle and / or by a control unit of a
  • this is the gasoline engine particulate filter in the low-oxygen
  • control unit in a
  • the gas flowing through the gasoline engine particulate filter contains oxygen.
  • the gas in the unfired overrun operating phase can be air pumped by the gasoline engine or externally supplied air.
  • the combustible parts of the particles filtered by the gasoline engine particle filter can be burned by the oxygen introduced. On the one hand, this enables the differential pressure across the gasoline engine particle filter to be reduced, but on the other hand it also reduces the filtration efficiency of the gasoline engine particle filter.
  • control unit of the gasoline engine arrangement allows conclusions to be drawn about the temperature of the gasoline engine particle filter
  • control unit in a
  • Overrun operation phase instead of an unfired overrun operation phase, or one or more oxygen-reduced, in particular oxygen-poor or oxygen-rich, overrun operation phase to prevent partial or complete regeneration of the gasoline engine particle filter, as long as the filtration efficiency is below a defined efficiency threshold or
  • Ash loading of the gasoline engine particulate filter is.
  • the gasoline engine particle filter can be reduced and / or prevented, as a result of which the temperature of the gasoline engine particle filter can also remain essentially unchanged in the coasting phase. In particular, this increases the temperature of the gasoline engine particle filter, in particular the increase in the substrate of the
  • Component protection threshold would exceed a temperature of over 900-950 ° C.
  • PA 7 the control unit of the gasoline engine arrangement detects or calculates a component protection parameter that allows conclusions to be drawn about the temperature of the gasoline engine particle filter, and that the control unit in a Thrust operation phase instead of an unfired and / or oxygen-rich thrust operation phase, a low-oxygen thrust operation phase for component protection of the gasoline engine particle filter is carried out if the component protection parameter lies above a defined component protection threshold value.
  • Overrun phase remains essentially unchanged.
  • the increase in the temperature of the gasoline engine particle filter in particular the increase in the substrate of the gasoline engine particle filter, is prevented and / or reduced.
  • a low-oxygen overrun operating phase can be carried out to protect the gasoline engine particle filter, for example if a gasoline engine particle filter made of cordierite, in particular in the form of a four-way
  • Component protection parameters that allow conclusions to be drawn from gasoline engine particle filters are calculated or calculated and this takes into account the exothermic nature of the soot oxidation processes, in particular the partial combustion of the particles of the gasoline engine particle filter.
  • these unfired and / or oxygen-rich overrun operating phases can lead to increasingly critical component protection conditions, in particular to a high component temperature. It can be provided that the transition to low-oxygen and overrun phases continues until the component condition, in particular the temperature of the gasoline engine particle filter, is again subcritical.
  • oxygen-rich overrun phases may be carried out in order to prevent and / or avoid critical component conditions for the component
  • control unit performs an oxygen-reduced overrun operating phase for component protection of the gasoline engine particle filter in addition to an unfired overrun operating phase if the component protection parameter is above the defined one
  • control unit in the overrun phase in addition to an unfired overrun phase has a low oxygen content
  • Thrust operation phase for component protection of the gasoline engine particulate filter is carried out if the component protection parameter is above the defined one Component protection threshold, or if the component protection parameter is the component protection threshold during the unfired overrun mode
  • Overrun phase is carried out even though the filtration efficiency is below a defined efficiency threshold and / or although the component protection parameter is above the component protection threshold.
  • Component protection parameter is above the component protection threshold.
  • Control unit several unfired overrun phases and / or several
  • the efficiency parameter in all embodiments can in particular the loading amount of the gasoline engine particle filter with soot and / or ash
  • Gasoline engine particle filter the distance traveled by the gasoline engine particle filter since the last regeneration of the gasoline engine particle filter and / or by the Gasoline particle filter caused pressure difference before and after
  • Petrol engine particle filter or a parameter calculated from it is a parameter calculated from it.
  • a front area of an exhaust gas aftertreatment component is to be understood as the area which is in
  • Flow direction of the exhaust gas in the respective exhaust aftertreatment component is flowed through earlier by the exhaust gas.
  • this can be the area through which the exhaust gas enters the respective exhaust gas aftertreatment component.
  • a rear area is one
  • Flow direction of the exhaust gas in the respective exhaust aftertreatment component is later flowed through by the exhaust gas.
  • this can be the area through which the exhaust gas emerges from the respective exhaust gas aftertreatment component.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention.
  • Gasoline engine particle filter 4 Turbocharger 5, throttle valve 6, compressor 7, turbine 8 and flap pressure EGR line 9.
  • FIG. 1 shows a schematic graphic representation of a first embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention, which is suitable and / or set up for carrying out the method according to the invention.
  • the main catalytic converter 3 is designed as a 3-way catalytic converter and is directly connected to the turbine 8 of the
  • Exhaust gas aftertreatment system 2 only one gasoline engine particle filter 4. In a further embodiment, not shown, the exhaust gas aftertreatment system 2 is formed only from one gasoline engine particle filter 4. In another, not shown
  • Embodiment includes the exhaust gas aftertreatment system 2, a main catalyst 3, a gasoline engine particulate filter 4 and other catalysts.
  • 1 also includes a turbocharger 5
  • Throttle valve 6 and a high-pressure EGR line 9 of a high-pressure EGR system of the gasoline engine arrangement The turbocharger 5 comprises a compressor 7 and a turbine 8.
  • the gasoline engine arrangement is operated in an operating phase, which is a
  • Normal operating phase and an overrun phase includes.
  • the overrun phase is formed by at least one unfired and / or at least one oxygen-reduced overrun phase.
  • the oxygen content of the gas flowing through the gasoline engine 1 essentially corresponds to the oxygen content of the air.
  • the oxygen-reduced overrun operating phase comprises at least one low-oxygen and / or at least one oxygen-rich
  • the gas flowing through the gasoline engine particle filter 4 has at least a lower oxygen content than that
  • the gas flowing through the gasoline engine 1 in the oxygen-rich overrun mode is the exhaust gas from a combustion with a lambda value in the range between 1 and 2.
  • the gas flowing through the gasoline engine 1 is in the unfired overrun operating phase by the gasoline engine 1 in the unfired
  • Overrun phase pumped air. That is, in this embodiment, in the Unfired overrun operating phase the fuel supply to the engine is stopped.
  • Fuel consumption is reduced, but on the other hand only air is pumped through the gasoline engine 1.
  • the gas flowing through the gasoline engine particle filter 4 is essentially free of oxygen. According to this embodiment, the gas flowing through the gasoline engine particle filter 4 is low in oxygen
  • the exhaust gas of a stoichiometric or substoichiometric combustion in particular the exhaust gas of a combustion with a lambda value of less than or equal to one. It is provided that in the low-oxygen overrun operating phase, the fuel supply to the gasoline engine 1 is only reduced and only that amount of fuel is introduced into the combustion chambers of the gasoline engine 1 that is required to convert the amount of oxygen introduced by the air into a substantially oxygen-free exhaust gas implement. This means that the gasoline engine 1 in the low-oxygen
  • Thrust operating phase is operated such that the exhaust gas essentially
  • the gasoline engine particle filter 4 is in the unfired and / or oxygen-rich
  • Thrust operating phase regenerates when the gasoline engine particle filter 4 itself, the exhaust gas flowing through the gasoline engine particle filter 4 and / or the particles located in the gasoline engine particle filter 4 have or have a temperature which is greater than a regeneration temperature, in particular greater than 500 ° C.
  • the combustible constituents of the particles which have accumulated in the gasoline engine particle filter 4 are completely or partially burned. Through the regeneration, in particular through the combustion of the particles, the loading of the gasoline engine particle filter 4 is reduced and the particle residue of the gasoline engine particle filter 4 is reduced.
  • Thrust operating phase prevents regeneration of the gasoline engine particle filter 4.
  • the loading of the gasoline engine particle filter 4 and / or the filter cake of the gasoline engine particle filter 4 remains.
  • the loading and / or the particle residue can continue to increase during the implementation of a low-oxygen overrun operating phase, preferably in the case of stoichiometric combustion.
  • Otto engine particle filter 4 was caused.
  • the combustion of combustible constituents of the particles deposited on the gasoline engine particle filter 4 reduces or removes the particle residue at least in sections, as a result of which the filtration efficiency of the gasoline engine particle filter 4 is significantly reduced.
  • Gasoline engine particle filter 4 no particle residue.
  • Gasoline engine particle filter 4 caused pressure difference before and after
  • Gasoline engine particle filter 4 The pressure difference is determined or recorded in a conventional manner.
  • control unit in one
  • Thrust operation phase instead of an unfired and / or an oxygen-rich one
  • Thrust operating phase carried out a low-oxygen thrust operating phase to prevent regeneration of the gasoline engine particle filter 4.
  • Thrust operating phase carried out a low-oxygen thrust operating phase to prevent regeneration of the gasoline engine particle filter 4.
  • By preventing regeneration no particles are burned in the overrun phase and the in Petrol engine particle filter 4 formed particle residue is retained.
  • an undesired regeneration of the gasoline engine particle filter 4 and thereby an undesired reduction in the filtration efficiency can thereby be prevented. This makes it possible to control and / or regulate the loading and / or the filtration efficiency of the gasoline engine particle filter 4 or also to keep it in a certain filtration efficiency range.
  • control unit deems an overrun phase as unfired
  • Thrust operating phase for the regeneration of the gasoline engine particle filter 4 carried out. In this way, regeneration of the gasoline engine particle filter 4 can be carried out in a targeted manner.
  • Thrust operation phase for component protection of the gasoline engine particle filter 4 is carried out. As a result, regeneration of the gasoline engine particle filter 4 is prevented or reduced, as a result of which a sharp rise in temperature of the gasoline engine particle filter 4 can be avoided. It is therefore possible for the gasoline engine particle filter 4
  • the service life of the gasoline engine particle filter 4 and damage to the gasoline engine particle filter 4 can thus be reduced and / or prevented.
  • Gasoline engine particle filter 4 constructed, which significantly increases the filtration efficiency, in particular the cleaning and the particle separation performance. It is preferably provided that the method is carried out in an automated manner, in particular in a control unit of a motor vehicle and / or by a control unit of a motor vehicle.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments, but includes any method and any gasoline engine arrangement according to the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ottomotoranordnung in einer Betriebsphase, die eine Normalbetriebsphase und eine Schubbetriebsphase umfasst und eine Ottomotoranordnung, wobei die Ottomotoranordnung einen Ottomotor (1), ein Steuergerät und eine Abgasnachbehandlungsanlage (2) mit mindestens einem Ottomotorpartikelfilter umfasst, wobei die Schubbetriebsphase durch mindestens eine un befeuerte Schubbetriebsphase und/ oder mindestens eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase gebildet wird, wobei das in der unbefeuerten Schubbetriebsphase den Ottomotorpartikelfilter (4) durchströmende Gas durch den Ottomotor (1) gepumpte oder extern zu geführte Luft ist, wobei in der sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphase das den Ottomotorpartikelfilter (4) durchströmende Gas einen geringeren Sauerstoffgehalt als die Umgebungsluft aufweist, wobei in dem Ottomotorpartikelfilter (4) bei der unbefeuerten Schubbetriebsphase unter Vorhandensein von Partikeln im Ottomotorpartikelfilter (4) und bei einem Temperatumiveau von größer als 500 °C Rußoxidationsprozesse stattfinden, wodurch der Ottomotorpartikelfilter (4) zumindest partiell regeneriert wird, und wobei eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase durchgeführt wird, um eine Regeneration des Ottomotorpartikelfilters (4) zu verlangsamen und/oder zu verhindern.

Description

Verfahren und Ottomotoranordnung mit einer verbesserten Partikelfilterung II
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Ottomotoranordnung gemäß den
Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors bekannt.
Beispielsweise sind Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors bekannt, bei denen das partikelbeladene Abgas bei der Durchdringung einer porösen Filterwand eines Abgasfilters gefiltert wird. Während des Filtrationsvorganges werden Partikel vom Filtermedium des Abgasfilters zurückgehalten und lagern sich auf diesem ab. Mit zunehmender Filtrationsdauer bildet sich eine die Filtration beeinflussende
Partikelschicht aus Asche und/oder Ruß, insbesondere eine für den
Ottomotorpartikelfilter relevante Klein- oder Kleinststrußmenge - ein sogenannter Filterkuchen - aus, die zwar eine Erhöhung des Strömungswiderstandes, aber auch eine deutliche Verbesserung der Reinigungsleistung und/oder Partikel- Abscheidungsleistung bewirkt.
Die Filterwände des Abgasfilters können aus unterschiedlichen porösen Werkstoffen bestehen, und beispielweise aus Fasern oder Pulver aufgebaut sein. Die Fasern oder das Pulver selbst bestehen insbesondere aus Keramiken oder aus Metallen. Klassische Keramiken sind Mullit, Cordierit, Siliziumcarbid (SiC) und Aluminiumtitanat.
Durch die Ablagerung der Partikel an der Oberfläche bzw. im Inneren der Filterwand des Abgasfilters steigen der Strömungswiderstand und somit auch der durch den Abgasvolumenstrom erzeugte Differenzdruck über den Abgasfilter an. Bei Erreichen eines Differenzdruck-Schwellenwertes - wenn also zum Beispiel eine bestimmte Partikelmasse, an der Filterwand des Abgasfilters angelagert ist - wird die
Regeneration des Abgasfilters eingeleitet. Gegebenenfalls wird oder werden beim Erreichen einer bestimmten Partikelmasse, die an der Filterwand des Abgasfilters angelagert ist, das natürliche Regenerationspotential durch aktive Maßnahmen erhöht und/oder Sondermaßnahmen zur Regeneration des Abgasfilters eingeleitet.
Die Regeneration des Abgasfilters erfolgt durch die Verbrennung der oder von Teilen der brennbaren Bestandteile der angelagerten Partikel. Die Regeneration wird notwendig, wenn durch die Partikelbeladung ein hoher Abgasgegendruck den
Abgasausstoß zu stark behindert bzw. Bauteilgrenzwerte des Motor oder der
Abgasanlage überschritten werden. Eine einfach zu erfassende Messgröße, die es erlaubt, die Beladung des Filters zu erkennen, ist der Differenzdruck vor und nach dem Abgasfilter. Da dieser Differenzdruck in Abhängigkeit von Motordrehzahl, Lastzustand und Beladungsmenge variiert, wird dieser über die in der Motorsteuerung definierte Logik erfasst und ausgewertet werden diese Parameter bei herkömmlichen Verfahren in einem Kennfeld, insbesondere in einem Abgasfilter-Kennfeld, erfasst. Die
Überwachung des Differenzdrucks sowie die Einleitung und die Steuerung der
Regeneration des Abgasfilters werden durch die Motorsteuerung der
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere durch das Steuergerät der
Verbrennungskraftmaschine, durchgeführt.
Gemäß dem Stand der Technik weist der Abgasfilter in frischem Zustand, insbesondere in regeneriertem Zustand oder in neuem Zustand, eine herabgesetzte
Filtrationseffizienz auf, da in diesem Zustand noch kein Filterkuchen oder insbesondere keine in der Filterwand eingelagerte Rußmenge vorhanden ist.
Ferner sind Verfahren bekannt, bei denen durch eine sogenannte Schubabschaltung die Treibstoffzufuhr zum Ottomotor beabsichtigt temporär unterbrochen wird, wenn der Ottomotor keine Leistung abgeben soll. Diese Verfahren dienen im Wesentlichen zur Treibstoffeinsparung und zur Verringerung der C02-Emissionen im Schubbetrieb - umgangssprachlich auch Motorbremse bezeichnet.
Insbesondere in diesen Schubphasen oder bei Lastlücken wird die Abgasanlage mit der durch den Ottomotor gepumpten Ansaugluft gespült. Wenn die Temperatur des
Abgasfilters, des durch den Abgasfilter strömenden Abgases und/oder die im
Abgasfilter befindlichen Partikel über einer Regenerationstemperatur insbesondere über 500 °C, liegt oder liegen, wird der Abgasfilter passiv und/oder aktiv im Zuge einer exothermen Oxidationsreaktion von Kohlenstoff und Sauerstoff regeneriert.
Zusammenfassend zielen herkömmliche Verfahren meist darauf ab, den
Treibstoffverbrauch und die C02-Emissionen eines Ottomotors zu senken. Dass sich durch die herkömmlichen Maßnahmen zur Treibstoffverbrauchsreduktion die Schadstoffemissionen, insbesondere die vom Ottomotor emittierten Partikel, erhöhten, spielte aufgrund der bisherigen Gesetzgebung nur eine untergeordnete Rolle.
Ferner umfassten bisher herkömmliche Abgasnachbehandlungsanlagen für
Ottomotoren keine Ottomotorpartikelfilter. Beispielsweise wurde bei herkömmlichen Verfahren nicht berücksichtigt, dass sich die durch die Schubphasen ausgelösten Regenerationen des Ottomotorpartikelfilters die Reinigungsleistung und/oder die Partikel-Abscheideleistung des Ottomotorpartikelfilters verringern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Ottomotoranordnung zu schaffen, mit welchem eine hohe Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters, insbesondere im Sinne der Nachhaltigkeit und Emissionsminimierung über eine Fahrzeuglebensdauer ermöglicht wird. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Überdies ist es Aufgabe der Erfindung, der sogenannten Vision der„Zero Impact Emission“ näherzukommen, um dem Endkunden einerseits eine im Treibstoffverbrauch sparsame Ottomotoranordnung zur Verfügung zu stellen und andererseits die Umwelt durch Unterschreitung der vom Gesetzgeber
vorgeschriebenen Schadstoff-Emissionsgesetze, insbesondere der vorgeschriebenen Partikel-Emissionen, zu schonen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der
unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ottomotoranordnung in einer Betriebsphase, die eine Normalbetriebsphase und eine Schubbetriebsphase umfasst, wobei die Ottomotoranordnung einen Ottomotor, ein Steuergerät und eine
Abgasnachbehandlungsanlage mit mindestens einem Ottomotorpartikelfilter umfasst, wobei der Ottomotorpartikelfilter mit den vom Ottomotor in seinem
Normalbetriebsmodus emittierten Partikeln, insbesondere mit Ruß und/oder mit Asche, beladen wird, wobei der Ottomotorpartikelfilter in mit Partikeln beladenem Zustand seine normale Filtrationseffizienz aufweist, wobei der Ottomotorpartikelfilter in frischem Zustand, insbesondere in regeneriertem Zustand oder in neuem Zustand, eine herabgesetzte Filtrationseffizienz aufweist, wobei die Schubbetriebsphase durch mindestens eine unbefeuerte Schubbetriebsphase und/oder mindestens eine
sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase gebildet wird, wobei das in der unbefeuerte Schubbetriebsphase den Ottomotorpartikelfilter durchströmende Gas durch den
Ottomotor gepumpte und/oder extern zugeführte Luft ist, und wobei in der
sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphase das den Ottomotorpartikelfilter
durchströmende Gas einen geringeren Sauerstoffgehalt als die Umgebungsluft aufweist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Ottomotorpartikelfilter bei der
unbefeuerten Schubbetriebsphase unter Vorhandensein von Partikeln im
Ottomotorpartikelfilter und bei einem Temperaturniveau von größer als 500 °C
Rußoxidationsprozesse stattfinden, wodurch der Ottomotorpartikelfilter zumindest partiell regeneriert wird, und dass eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase durchgeführt wird, um eine Regeneration des Ottomotorpartikelfilters zu verlangsamen und/oder zu verhindern.
Die Ottomotoranordnung kann die Ottomotoranordnung einer
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere die Ottomotoranordnung eines
Kraftfahrzeugs, sein. Die Ottomotoranordnung umfasst einen Ottomotor, ein
Steuergerät und eine Abgasnachbehandlungsanlage mit mindestens einem
Ottomotorpartikelfilter.
Insbesondere strömt das im Ottomotor erzeugte Abgas durch den Ottomotorpartikelfilter der Abgasnachbehandlungsanlage. Die vom Ottomotor emittierten Partikel,
insbesondere der vom Ottomotor emittierte Ruß und/oder die vom Ottomotor emittierte Asche, werden von dem Ottomotorpartikelfilter gefiltert. Dabei wird der
Ottomotorpartikelfilter mit den vom Ottomotor emittierten Partikeln beladen. Ferner kann die Abgasnachbehandlungsanlage einen Hauptkatalysator gegebenenfalls einen Vorkatalysator, einen Heizkatalysator, einen GPF, einen NSC, ein SCR-System und/oder eine Sekundärlufteindüsung umfassen.
Da durch den sich bei der Filtration auf dem Ottomotorpartikelfilter bildende
Partikelrückstand aus den zurückgehaltenen Partikeln die Reinigungsleistung und/oder die Partikel-Abscheideleistung des Ottomotorpartikelfilters erhöht wird, verfügt der Ottomotorpartikelfilter erst nach einer gewissen Partikelbeladung, insbesondere nach einer sogenannten Grundbeladung, über seine vorzugsweise im Sinne der
Nachhaltigkeit maximal hohe normale Filtrationseffizienz. Ferner kann sich im Ottomotorpartikelfilter ein sogenannter Filterkuchen ausbilden, insbesondere wenn der Ottomotorpartikelfilter mit großen Partikel- oder großen Aschemengen beladen ist.
Als Partikelrückstand wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der sich bei der Filtration auf dem Ottomotorpartikelfilter bildende Partikelrückstand aus den
zurückgehaltenen Partikeln bezeichnet. Insbesondere weist der Ottomotorpartikelfilter seine normale Filtrationseffizienz bei einer Partikelbeladung von über 0g/l,
beispielsweise bei über 0, 1 g/l, insbesondere bei einer Partikelbeladung im Bereich zwischen 0,1 g/l bis 3g/l, vorzugsweise bei einer Partikelbeladung im Bereich zwischen 0,5g/l bis 3g/l, auf.
Je geringer die Partikelbeladung bzw. die notwendige Grundbeladung ist, die benötigt wird, damit der Ottomotorpartikelfilter seine vorzugsweise im Sinne der Nachhaltigkeit maximal hohe normale Filtrationseffizienz aufweist, desto effizienter kann das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden. Insbesondere
niedrigstem issionsorientierte, wenig poröse Ottomotorpartikelfilter weisen eine sehr niedrige Grundbeladung auf, wobei ferner auch die Filtrationseffizienz bei solchen Ottomotorpartikelfilter über die Partikelbeladung, insbesondere über die
Rußbeladungsmenge, bereits bei kleinsten Rußmengen signifikant ansteigt. Mit anderen Worten kann die Dauer, in welcher der Ottomotor in der Füllbetriebsphase betrieben wird, umso kürzer sein, je geringere die notwendige Grundbeladung des Ottomotorpartikelfilters ist. Dadurch kann es möglich sein, einerseits die
Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters zu erhöhen und andererseits die
Schadstoffemissionen zu verringern.
Hierbei wird angemerkt, dass die Partikelbeladung, welche vom Ottomotorpartikelfilter benötigt wird, um seine vorzugsweise im Sinne der Nachhaltigkeit maximal hohe normale Filtrationseffizienz aufweisen zu können, gegebenenfalls produktspezifisch und insbesondere als Funktion der Substrateckdaten, wie insbesondere der Porosität, der Wandstärke, der Zelldichte und dergleichen, und der gegebenenfalls auf dem Substrat aufgebrachten Beschichtung, wie beispielsweise der sogenannten Washcoat mit dessen charakterisierenden Parameter, gegebenenfalls ergänzt durch eine
Edelmetallbeladung, zu definieren ist. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Ottomotorpartikelfilter nach einer gewissen Laufzeit eine weitgehend von der Rußbeladung unabhängige Filtrationseffizienz, insbesondere eine permanent hohe Filtrationseffizienz bzw. permanent seine normale Filtrationseffizienz, aufweist. Diese permanent hohe bzw. permanent normale
Filtrationseffizienz kann durch die zunehmende Ascheeinlagerungen in den
Ottomotorpartikelfilter über die Laufzeit, welche insbesondere vom Ölverbrauch und/oder einer Ölspezifikation des Motors abhängig sind, verursacht sein. Sobald der Ottomotorpartikelfilter mit einer bestimmten Aschemenge beladenen ist, kann der Betrieb des Ottomotors in der Füllbetriebsphase nicht mehr erforderlich sein, da der Ottomotorpartikelfilter beispielsweise auch nach seiner, insbesondere vollständigen, Regeneration seine normale Filtrationseffizienz aufweist.
Im Gegensatz dazu weist der Ottomotorpartikelfilter in frischem Zustand, insbesondere in regeneriertem Zustand oder in neuem Zustand, eine herabgesetzte
Filtrationseffizienz auf. Insbesondere weist der Ottomotorpartikelfilter eine gegenüber seiner normalen Filtrationseffizienz herabgesetzte Filtrationseffizienz bei einer
Partikelbeladung auf welche kleiner als die Grundbeladung des jeweiligen
Ottomotorpartikelfilters ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter frischem Zustand insbesondere ein Zustand des Ottomotorpartikelfilters verstanden, in welcher der Ottomotorpartikelfilter im Wesentlichen mit keinen Partikeln beladen, insbesondere unbeladen, ist und keinen oder einen im Sinne der Filterung unzureichend effektiv filtrationswirksamen
Partikelrückstand aus den zurückgehaltenen Partikeln aufweist. Insbesondere wird unter frischem Zustand des Ottomotorpartikelfilters der voll regenerierte Zustand oder der fabrikneue, nicht eingefahrene Zustand des Ottomotorpartikelfilters verstanden.
Das heißt, dass die Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters im frischen Zustand geringer ist als die Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters im beladenen Zustand. Dieser Unterschied in der Filtrationseffizienz kann im Wesentlichen dadurch zustande kommen, dass im oder am Ottomotorpartikelfilter im frischen Zustand noch kein Filterkuchen ausgebildet ist. Der Ottomotor kann in der Normalbetriebsphase betrieben werden, wobei in der Normalbetriebsphase Treibstoff und Luft in den Brennräumen mindestens eines
Zylinders des Ottomotors eingebracht und durch Verbrennung zu Abgas umgesetzt werden können. Der Ottomotor kann in der Normalbetriebsphase vorzugsweise in einem Lambdafenster um l = 1 betrieben und/oder geregelt werden. Das heißt, dass der Ottomotor gegebenenfalls um einen Lambdawert l von 1 ,0 pendelnd betrieben wird und insbesondere mit einem Lambdawert l im Bereich von 0,9 bis 1 ,1 , vorzugsweise von 0,95 bis 1 ,05, betrieben und/oder geregelt wird. Es kann vorgesehen sein, dass der Ottomotor in seiner Normalbetriebsphase phasenweise oder dauerhaft unter- oder überstöchiometrisch, bzw. fett oder mager betrieben und/oder geregelt wird.
Die Schubbetriebsphase wird durch mindestens eine unbefeuerte und/oder mindestens eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase gebildet.
In der unbefeuerten Schubbetriebsphase ist das den Ottomotorpartikelfilter
durchströmende Gas durch den Ottomotor im unbefeuerten Schubbetrieb gepumpte und/oder extern zugeführte Luft.
Es kann vorgesehen sein, dass in der unbefeuerten Schubbetriebsphase die
Treibstoffzufuhr zum Ottomotor gestoppt wird. Dadurch kann in der unbefeuerten Schubbetriebsphase einerseits der Treibstoffverbrauch verringert, aber andererseits nur Luft durch den Ottomotor gepumpt werden.
In der sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphase weist das den Ottomotorpartikelfilter durchströmende Gas einen Sauerstoffgehalt auf, welcher kleiner als der
Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft ist. Vorzugsweise ist das den
Ottomotorpartikelfilter durchströmende Gas in der sauerstoffreduzierten
Schubbetriebsphase ein Abgas einer in den Brennräumen des Ottomotors
stattfindenden Verbrennung.
Insbesondere weist das in der sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphase durch den Ottomotorpartikelfilter durchströmende Gas einen Sauerstoffgehalt auf, welcher kleiner ist, als der Sauerstoffgehalt des den Ottomotorpartikelfilter durchströmende Gas in der unbefeuerten Schubbetriebsphase. Durch den geringeren Sauerstoffgehalt wird in der sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphase eine Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters verlangsamt oder zu verhindert.
Insbesondere läuft die Regeneration des Ottomotorpartikelfilters, bzw der
Rußoxidationsprozess, in der sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphase langsamer ab als in der unbefeuerten Schubbetriebsphase. Die Verlangsamung geht insbesondere auf den geringeren Sauerstoffgehalt, insbesondere auf die geringere Sauerstoffmenge zurück, welche den Ottomotorpartikelfilter in der jeweiligen Schubbetriebsphase durchströmt. Je geringer die eingebrachte Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit ist, desto langsamer können die Rußoxidationprozesse und somit die Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters ablaufen.
Der Ottomotorpartikelfilter wird in der unbefeuerten Schubbetriebsphase regeneriert, wenn der Ottomotorpartikelfilter selbst, das durch den Ottomotorpartikelfilter strömende Abgas und/oder im Ottomotor Partikelfilter befindlichen Partikel eine Temperatur aufweist oder aufweisen, welche größer als eine Regenerationstemperatur,
insbesondere größer als 500 °C, ist. Dabei können die brennbaren Bestandteile der Partikel, welche sich im Ottomotorpartikelfilter angelagert haben, vollständig oder teilweise verbrannt werden. Durch die Regeneration, insbesondere durch die
Verbrennung der Partikel, wird die Beladung des Ottomotorpartikelfilters reduziert und der Partikelrückstand und gegebenenfalls der Filterkuchen des Ottomotorpartikelfilters verkleinert.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Verfahren automatisiert insbesondere in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs und/oder durch ein Steuergerät eines
Kraftfahrzeugs gesteuert und/oder geregelt ausgeführt wird.
Gegebenenfalls es vorgesehen, dass die sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase durch mindestens eine sauerstoffarme und/oder mindestens eine sauerstoffreiche Schubbetriebsphase gebildet wird, wobei das in der sauerstoffarmen
Schubbetriebsphase den Ottomotorpartikelfilter durchströmende Gas ein Abgas einer stöchiometrischen oder unterstöchiometrischen Verbrennung, insbesondere das Abgas einer Verbrennung bei einem Lambdawert von kleiner gleich 1 , ist, wobei das in der sauerstoffreichen Schubbetriebsphase den Ottomotorpartikelfilter durchströmende Gas das Abgas einer überstöchiometrischen Verbrennung, insbesondere das Abgas einer Verbrennung bei einem Lambdawert im Bereich von größer als 1 und kleiner als 5, insbesondere bei einem Lambdawert im Bereich von größer als 1 und kleiner als 2, ist, und dass die Regeneration und/oder der Rußoxidationsprozess in der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase gegenüber der sauerstoffreichen Schubbetriebsphase verlangsamt abläuft oder ablaufen, und/oder dass die Regeneration des Ottomotorpartikelfilters in der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase verhindert wird.
Die sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase kann mindestens eine sauerstoffarme und/oder mindestens eine sauerstoffreiche Schubbetriebsphase umfassen.
Insbesondere ist das den Ottomotorpartikelfilter in der sauerstoffarmen
Schubbetriebsphase durchströmende Gas das Abgas einer stöchiometrischen oder unterstöchiometrischen Verbrennung. Das heißt, dass gegebenenfalls der Ottomotor in der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase derart betrieben wird, dass das Abgas im Wesentlichen sauerstofffrei ist, und daher keine wesentliche Oxidationsreaktion im beladenen Ottopartikelfilter ablaufen können.
Es kann vorgesehen sein, dass in der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase die
Treibstoffzufuhr zum Ottomotor nur verringert und beispielsweise nur jene Menge an Treibstoff in die Brennräume des Ottomotors eingebracht, die benötigt wird, um die durch die Luft eingebrachte Menge an Sauerstoff in ein im Wesentlichen
sauerstofffreies Abgas umzusetzen. Insbesondere kann in der sauerstoffarmen
Schubbetriebsphase eine stöchiometrische oder unterstöchiometrische Verbrennung in den Brennräumen des Ottomotors stattfinden.
Insbesondere ist das den Ottomotorpartikelfilter in der sauerstoffreichen
Schubbetriebsphase durchströmende Gas das Abgas einer überstöchiometrischen Verbrennung. Das heißt, dass gegebenenfalls der Ottomotor in der sauerstoffreichen Schubbetriebsphase derart betrieben wird, dass das Gas das Abgas einer Verbrennung bei einem Lambdawert im Bereich von größer als 1 und kleiner als 5, insbesondere bei einem Lambdawert im Bereich von größer als 1 und kleiner als 2, ist.
In der sauerstoffreichen Schubbetriebsphase weist das den Ottomotorpartikelfilter durchströmende Gas zumindest einen geringeren Sauerstoffgehalt als die
Umgebungsluft auf. Insbesondere ist das den Ottomotor durchströmende Gas in der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase das Abgas einer überstöchiometrischen
Verbrennung. Gegebenenfalls weist das den Ottomotorpartikelfilter in der
sauerstoffarmen Schubbetriebsphase durchströmende Gas einen Sauerstoffgehalt bis zu 5 Volums Prozent auf.
Ferner weist das durch den Ottomotorpartikelfilter strömende Gas sowohl in der sauerstoffarmen als auch in der sauerstoffreichen Schubbetriebsphase einen
Sauerstoffgehalt auf, welcher kleiner als der Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft ist. Vorzugsweise weist das durch den Ottomotorpartikelfilter strömende Gas in der sauerstoffarmen und in der sauerstoffreichen Schubbetriebsphase einen
Sauerstoffgehalt auf, welcher kleiner als der Sauerstoffgehalt des Gases ist, welcher in der unbefeuerten Schubbetriebsphase durch den Ottomotorpartikelfilter strömt.
Bei der Durchführung einer sauerstoffreichen Schubbetriebsphase läuft die
Regeneration des Ottomotorpartikelfilters, insbesondere laufen die
Oxidationsreaktionen, langsamer ab als bei der Durchführung einer unbefeuerten Schubbetriebsphase.
Im Gegensatz dazu wird bei der Durchführung einer sauerstoffarmen
Schubbetriebsphase eine Regeneration des Ottomotorpartikelfilters im Wesentlichen verhindert. Dadurch, dass das den Ottomotorpartikelfilter durchströmende Abgas im Wesentlichen sauerstofffrei ist, kann keine nennenswerte Verbrennung der brennbaren Bestandteile der im Ottomotorpartikelfilter angelagerten Partikel erfolgen, wodurch die Beladung des Ottomotorpartikelfilters und/oder der Partikelrückstand des
Ottomotorpartikelfilters bestehen bleiben. Insbesondere kann die Beladung des
Ottomotorpartikelfilters und/oder der Partikelrückstand während der Durchführung einer sauerstoffarmen Schubbetriebsphase, bevorzugt bei einer stöchiometrischen oder unterstöchiometrischen Verbrennung, weiter ansteigen.
Das heißt, dass bei der Durchführung einer sauerstoffarmen Schubbetriebsphase die Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters in der Regel nicht verringert wird.
Dadurch kann es möglich sein, die Beladung und/oder die Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters gezielt zu steuern und/oder zu regeln. Insbesondere ist es möglich, die ungewollte Regeneration und damit die ungewollte Verringerung der Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters zu verringern und/oder zu vermeiden. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Steuergerät der Ottomotoranordnung einen auf die Filtrationseffizienz Rückschlüsse erlaubenden Effizienzparameter erfasst oder errechnet, wobei der Effizienzparameter insbesondere die Beladungsmenge des Ottomotorpartikelfilters mit Ruß und/oder Asche, die Betriebsdauer des
Ottomotorpartikelfilters seit der letzten Regeneration des Ottomotorpartikelfilters, die zurückgelegte Strecke des Ottomotorpartikelfilters seit der letzten Regeneration des Ottomotorpartikelfilters und/oder die durch den Ottomotorpartikelfilter hervorgerufene Druckdifferenz vor und nach dem Ottomotorpartikelfilter und/oder der Gegendruck vor dem Ottopartikelfilter ist und dass von dem Steuergerät in einer Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten Schubbetriebsphase eine sauerstoffreduzierte
Schubbetriebsphase zur Verhinderung oder Verlangsamung einer partiellen oder vollständigen Regeneration des Ottomotorpartikelfilters durchgeführt wird, solange die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten Effizienzschwellenwertes liegt.
Solange die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten, insbesondere vorab festgelegten, Effizienzschwellenwertes und/oder die Filterbeladung unter einem
Rußbeladungsschwellenwert liegt, wird zur Verhinderung einer partiellen oder vollständigen Regeneration des Ottomotorpartikelfilters eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase anstatt einer unbefeuerten Schubbetriebsphase durchgeführt. Dadurch kann es möglich sein, die in den Ottomotorpartikelfilter eingebrachte
Sauerstoffmenge zu reduzieren oder das Einbringen von Sauerstoff in den
Ottomotorpartikelfilter zu verhindern. Dadurch kann die Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters verringert und/oder verhindert werden.
Durch die Durchführung einer sauerstoffarmen Schubbetriebsphase anstatt einer unbefeuerten Schubbetriebsphase wird die Regeneration des Ottomotorpartikelfilters verhindert. Durch die Durchführung einer sauerstoffreichen Schubbetriebsphase anstatt einer unbefeuerten Schubbetriebsphase wird die Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters verringert bzw. verlangsamt.
Dadurch kann die Beladung im Ottomotorpartikelfilter, insbesondere der im
Ottomotorpartikelfilter gegebenenfalls vorhandene Partikelrückstand bzw. der gegebenenfalls vorhandene Filterkuchen, auch bei der Durchführung einer
Schubbetriebsphase erhalten bleiben. Durch das Verhindern oder Verringern der Regeneration des Ottomotorpartikelfilters kann auch die Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters vor und nach der Durchführung einer Schubbetriebsphase im Wesentlichen gleich sein. Bei herkömmlichen Verfahren wird bei der Durchführung einer Schubbetriebsphase hingegen der Ottomotorpartikelfilter mit Luft geflutet, wodurch der Ottomotorpartikelfilter regeneriert und die Filtrationseffizienz in der Regel verringert wird.
Insbesondere kann anstatt einer unbefeuerten eine sauerstoffreduzierte
Schubbetriebsphase durchgeführt werden, wenn die Beladung des Ottopartikelfilters über einer systemspezifischen kritischen Rußbeladung liegt die in Kombination mit der Ottomotorpartikelfiltertemperatur vor oder während einer unbefeuerten
Schubbetriebsphase zu kritischen bzw. potentiell bauteilschädigenden exothermen Rußoxidationsreaktionen und/oder Abbrandreaktionen führen würde.
Insbesondere kann der Bauteil, insbesondere der Ottomotorpartikelfilter, dadurch beschädigt werden, dass durch die exothermen Reaktionen die absolute
Bauteilgrenztemperatur des Bauteilsubstrats überschritten wird und/oder mechanische Spannungsschäden im Substrat verursacht werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass von dem Steuergerät in einer
Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten Schubbetriebsphase vollständig oder in Zeitanteilen eine oder mehrere sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase zur
Verhinderung einer partiellen oder vollständigen Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters durchgeführt wird, solange die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten Effizienzschwellenwertes und/oder die Filterbeladung unter einem Rußbeladungsschwellenwert liegt. Die Filtrationseffizienz kann eine modellierte Filtrationseffizienz sein, welche insbesondere eine Funktion der Ruß- und/oder Aschebeladung des Ottomotorpartikelfilters ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter dem Effizienzschwellenwert auch eine definierte Filterbeladung und/oder ein definierter Rußbeladungsschwellenwert verstanden werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Steuergerät der Ottomotoranordnung einen auf die Filtrationseffizienz Rückschlüsse erlaubenden Effizienzparameter erfasst oder errechnet, wobei der Effizienzparameter insbesondere die Beladungsmenge des Ottomotorpartikelfilters mit Ruß und/oder Asche, die Betriebsdauer des
Ottomotorpartikelfilters seit der letzten Regeneration des Ottomotorpartikelfilters, die zurückgelegte Strecke des Ottomotorpartikelfilters seit der letzten Regeneration des Ottomotorpartikelfilters und/oder die durch den Ottomotorpartikelfilter hervorgerufene Druckdifferenz vor und nach dem Ottomotorpartikelfilter und/oder der absolute oder relative Gegendruck vor dem Ottopartikelfilter ist, und dass von dem Steuergerät in einer Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten und/oder sauerstoffreichen
Schubbetriebsphase eine sauerstoffarme Schubbetriebsphase zur Verhinderung einer Regeneration des Ottomotorpartikelfilters durchgeführt wird, solange die
Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten Effizienzschwellenwertes liegt.
Solange die Filtrationseffizienz und/oder die Filterbeladung unterhalb eines definierten, insbesondere vorab festgelegten, Effizienzschwellenwertes und/oder
Rußbeladungsschwellenwerts liegt, wird zur Verhinderung einer partiellen oder vollständigen Regeneration des Ottomotorpartikelfilters eine sauerstoffarme anstatt einer unbefeuerten und/oder einer sauerstoffreichen Schubbetriebsphase durchgeführt. Dadurch kann es möglich sein, das Einbringen von Sauerstoff in den
Ottomotorpartikelfilter zu verhindern. Dadurch wird die Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters verhindert.
Dadurch kann die Beladung im Ottomotorpartikelfilter, insbesondere der im
Ottomotorpartikelfilter gegebenenfalls vorhandene Partikelrückstand und/oder der gegebenenfalls vorhandene Filterkuchen, auch bei der Durchführung einer
Schubbetriebsphase erhalten bleiben. Durch das Verhindern der Regeneration des Ottomotorpartikelfilters kann auch die Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters vor und nach der Durchführung einer Schubbetriebsphase im Wesentlichen gleich sein. Bei herkömmlichen Verfahren wird bei der Durchführung einer Schubbetriebsphase hingegen der Ottomotorpartikelfilter mit Luft geflutet, wodurch der Ottomotorpartikelfilter regeneriert und die Filtrationseffizienz verringert wird.
Insbesondere kann anstatt einer unbefeuerten und/oder sauerstoffreichen
Schubbetriebsphase eine sauerstoffarme Schubbetriebsphase durchgeführt werden, wenn der Filtrationseffizienzparameter bzw. die Rußbeladung unter die oben
beschriebenen sytemspezifische Schwellenwerte fallen. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass von dem Steuergerät in einer
Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten und/oder sauerstoffreichen
Schubbetriebsphase vollständig oder in Zeitanteilen eine sauerstoffarme
Schubbetriebsphase zur Verhinderung einer partiellen oder vollständigen Regeneration des Ottomotorpartikelfilters durchgeführt wird, solange die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten Effizienzschwellenwertes und/oder die Filterbeladung unterhalb eines definierten Rußbeladungsschwellenwerts liegt. Die Filtrationseffizienz kann eine modellierte Filtrationseffizienz sein, welche insbesondere eine Funktion der Ruß- und/oder Aschebeladung des Ottomotorpartikelfilters ist.
Durch die gezielte Steuerung wann eine unbefeuerte, sauerstoffarme oder
sauerstoffreiche Schubbetriebsphase durchgeführt wird, kann es möglich sein, die Beladung und/oder die Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters zu steuern und/oder zu regeln bzw. auch in einem gewissen Filtrationseffizienzbereich,
insbesondere in einem im Sinne der Nachhaltigkeit maximalen
Filtrationseffizienzbereich zu halten.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Steuergerät der Ottomotoranordnung einen auf die Filtrationseffizienz Rückschlüsse erlaubenden Effizienzparameter erfasst oder errechnet, wobei der Effizienzparameter insbesondere die Beladungsmenge des Ottomotorpartikelfilters mit Ruß und/oder Asche, die Betriebsdauer des
Ottomotorpartikelfilters seit der letzten Regeneration des Ottomotorpartikelfilters, die zurückgelegte Strecke des Ottomotorpartikelfilters seit der letzten Regeneration des Ottomotorpartikelfilters und/oder die durch den Ottomotorpartikelfilter hervorgerufene Druckdifferenz vor und nach dem Ottomotorpartikelfilter und/oder der Gegendruck vor dem Ottopartikelfilter ist, und dass von dem Steuergerät eine Schubbetriebsphase als unbefeuerte Schubbetriebsphase zur Regeneration des Ottomotorpartikelfilters durchgeführt wird, wenn die Filtrationseffizienz oberhalb eines definierten
Regenerationsschwellenwertes liegt.
Gegebenenfalls wir eine Regeration des Ottomotorpartikelfilters durchgeführt, wenn der Differenzdruck vor und nach dem Ottomotorpartikelfilter bzw. der Gegendruck vor Ottomotorpartikelfilter oberhalb eines definierten Schwellwertes liegt. Falls der durch den Ottomotorpartikelfilter hervorgerufene Differenzdruck vor und nach dem Ottomotorpartikelfilter bzw. der Gegendruck vor Ottomotorpartikelfilter oberhalb eines definierten Rußbeladungsaequivalents- oder Druckschwellenwertes liegt, kann eine Regeneration des Ottomotorpartikelfilters erwünscht sein bzw. durchgeführt werden. Um die Regeneration des Ottomotorpartikelfilters durchzuführen, wird vom Steuergerät eine Schubbetriebsphase, insbesondere die nächste Schubbetriebsphase, als unbefeuerte und/oder sauerstoffreiche Schubbetriebsphase durchgeführt.
In der unbefeuerten und in der sauerstoffreichen Schubbetriebsphase enthält das den Ottomotorpartikelfilter durchströmende Gas Sauerstoff. Insbesondere kann das Gas in der unbefeuerten Schubbetriebsphase durch den Ottomotor gepumpte Luft oder extern zugeführte Luft sein.
Falls die für die Regeneration des Ottomotorpartikelfilters notwendige Temperatur erreicht ist, können durch den eingebrachten Sauerstoff die brennbaren Teile der vom Ottomotorpartikelfilter gefilterten Partikel verbrannt werden. Dadurch können einerseits der Differenzdruck über den Ottomotorpartikelfilter gesenkt, aber andererseits auch die Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters verringert werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Steuergerät der Ottomotoranordnung einen auf die Temperatur des Ottomotorpartikelfilters Rückschlüsse erlaubenden
Bauteilschutzparameter erfasst oder errechnet, und dass von dem Steuergerät in einer Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten Schubbetriebsphase eine
sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase zum Bauteilschutz des Ottomotorpartikelfilters durchgeführt wird, wenn der Bauteilschutzparameter oberhalb eines definierten
Bauteilschutzschwellenwertes liegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass wenn der Bauteilschutzparameter während der Durchführung einer unbefeuerten Schubbetriebsphase einen Wert erreicht, welcher oberhalb eines definierten Bauteilschutzschwellenwertes liegt, von dem Steuergerät die unbefeuerte Schubbetriebsphase abgebrochen und die abgebrochene unbefeuerte Schubbetriebsphase als eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase fortgesetzt wird. Dadurch kann es möglich sein, dem Bauteil vor Bauteil schädlichen Bedingungen, wie beispielweise einer zu hohen Bauteiltemperatur, zu schützen. Solange die Bauteilschutzparameter oberhalb eines definierten, insbesondere vorab festgelegten, Bauteilschutzschwellenwertes liegt, wird zur Verhinderung einer partiellen oder vollständigen Regeneration des Ottomotorpartikelfilters sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphase anstatt einer unbefeuerten Schubbetriebsphase durchgeführt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass von dem Steuergerät in einer
Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten Schubbetriebsphase vollständig oder in Zeitanteilen eine oder mehrere sauerstoffreduzierte, insbesondere sauerstoffarme oder sauerstoffreiche, Schubbetriebsphase zur Verhinderung einer partiellen oder vollständigen Regeneration des Ottomotorpartikelfilters durchgeführt wird, solange die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten Effizienzschwellenwertes bzw.
Rußbeladungsschwellenwerts liegt. Die Filtrationseffizienz kann eine modellierte Filtrationseffizienz sein, welche insbesondere eine Funktion der Ruß- und/oder
Aschebeladung des Ottomotorpartikelfilters ist.
Dadurch kann es möglich sein, die in den Ottomotorpartikelfilter eingebrachte
Sauerstoffmenge zu reduzieren oder das Einbringen von Sauerstoff in den
Ottomotorpartikelfilter zu verhindern. Dadurch kann die Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters verringert und/oder verhindert werden, wodurch auch die Temperatur des Ottomotorpartikelfilters in der Schubbetriebsphase im Wesentlichen unverändert bleiben kann. Insbesondere wird dadurch die Erhöhung der Temperatur des Ottomotorpartikelfilters, insbesondere die Erhöhung des Substrats des
Ottomotorpartikelfilters, verhindert und/oder verringert.
Insbesondere kann zum Schutz des Ottomotorpartikelfilters eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase durchgeführt werden, wenn beispielsweise ein aus Cordierit hergestellter Ottomotorpartikelfilter, insbesondere in Form eines Vier-Wege
Katalysators mit einer katalytisch aktiven edelmetallbeladenen Washcoatbeschichtung im sauerstoffreichen Abbrandfall oberhalb eines definierten
Bauteilschutzschwellenwertes eine Temperatur von über 900-950°C, übersteigen würde.
PA 7: Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Steuergerät der Ottomotoranordnung einen auf die Temperatur des Ottomotorpartikelfilters Rückschlüsse erlaubenden Bauteilschutzparameter erfasst oder errechnet, und dass von dem Steuergerät in einer Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten und/oder sauerstoffreichen Schubbetriebsphase eine sauerstoffarme Schubbetriebsphase zum Bauteilschutz des Ottomotorpartikelfilters durchgeführt wird, wenn der Bauteilschutzparameter oberhalb eines definierten Bauteilschutzschwellenwertes liegt.
Solange die Bauteilschutzparameter unterhalb eines definierten, insbesondere vorab festgelegten, Bauteilschutzschwellenwertes liegt, wird zur Verhinderung einer partiellen oder vollständigen Regeneration des Ottomotorpartikelfilters eine sauerstoffarme Schubbetriebsphase anstatt einer unbefeuerten und/oder einer sauerstoffreichen Schubbetriebsphase durchgeführt.
Dadurch ist es möglich, das Einbringen von Sauerstoff in den Ottomotorpartikelfilter zu verhindern. Dadurch kann die Regeneration des Ottomotorpartikelfilters verhindert werden, wodurch auch die Temperatur des Ottomotorpartikelfilters in der
Schubbetriebsphase im Wesentlichen unverändert bleibt. Insbesondere wird dadurch die Erhöhung der Temperatur des Ottomotorpartikelfilters, insbesondere die Erhöhung des Substrats des Ottomotorpartikelfilters, verhindert und/oder verringert.
Insbesondere kann eine zum Schutz des Ottomotorpartikelfilters eine sauerstoffarme Schubbetriebsphase durchgeführt werden, wenn beispielsweise ein aus Cordierit hergestellter Ottomotorpartikelfilter, insbesondere in Form eines Vier-Wege
Katalysators mit einer katalytisch aktiven edelmetallbeladenen Washcoatbeschichtung im sauerstoffreichen Abbrandfall oberhalb eines definierten
Bauteilschutzschwellenwertes eine Temperatur von über 900-950°C, übersteigen würde.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass in einer Schubbetriebsphase im Falle mehrerer unbefeuerten und/oder sauerstoffreichen Schubbetriebsphasen oder mehrerer, in kurzer zeitlicher Abfolge aufeinanderfolgender, unbefeuerten und/oder
sauerstoffreichen Schubbetriebsphasen der auf die Temperatur des
Ottomotorpartikelfilters Rückschlüsse erlaubende Bauteilschutzparameter erfasst oder errechnet wird und dieser die Exothermie der Rußoxidationprozesse, insbesondere die Teilabbrände der Partikel des Ottomotorpartikelfilters, berücksichtigt. Diese unbefeuerten und/oder sauerstoffreichen Schubbetriebsphasen können je nach Frequenz und Häufigkeit zu immer kritischeren Bauteilschutz-Bedingungen, insbesondere zu einer hohen Bauteil-Temperatur, führen. Es kann vorgesehen sein, dass so lange zu sauerstoffarmen und Schubbetriebsphasen übergegangen wird, bis die Bauteil-Bedingung, insbesondere die Temperatur des Ottomotorpartikelfilters, wieder unterkritisch ist.
Es kann vorgesehen sein, dass in einem gewissen Zeitintervall, insbesondere in einem gewissen Zeitfenster, nur eine gewisse Anzahl an unbefeuerten und/oder
sauerstoffreichen Schubbetriebsphasen durchgeführt werden darf, um für den Bauteil kritische Bauteil-Bedingungen zu verhindern und/oder zu vermeiden
Es kann vorgesehen sein, dass anstelle eines zeitbasierten Wechsels zwischen unbefeuerten und/oder sauerstoffreichen Schubbetriebsphasen und sauerstoffarmen Schubbetriebsphasen auch andere Parameter, wie insbesondere ein Abgas- und/oder Luftmassenstrombasierter Parameter zur Anwendung kommen.
Es ist somit möglich, für den Ottomotorpartikelfilter schädliche bzw. kritische
Temperaturen zu vermeiden und/oder zu verhindern. Somit kann die Lebensdauer des Ottomotorpartikelfilters verbessert und Beschädigungen des Ottomotorpartikelfilters verringert und/oder verhindert werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass von dem Steuergerät in der Schubbetriebsphase zusätzlich zu einer unbefeuerten Schubbetriebsphase eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase zum Bauteilschutz des Ottomotorpartikelfilters durchgeführt wird, wenn der Bauteilschutzparameter oberhalb des definierten
Bauteilschutzschwellenwertes liegt oder wenn der Bauteilschutzparameter den Bauteilschutzschwellenwert während der unbefeuerten Schubbetriebsphase überschreitet, und obwohl die Filtrationseffizienz oberhalb eines definierten
Regenerationsschwellenwertes liegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass von dem Steuergerät in der Schubbetriebsphase zusätzlich zu einer unbefeuerten Schubbetriebsphase eine sauerstoffarme
Schubbetriebsphase zum Bauteilschutz des Ottomotorpartikelfilters durchgeführt wird, wenn der Bauteilschutzparameter oberhalb des definierten Bauteilschutzschwellenwertes liegt, oder wenn der Bauteilschutzparameter den Bauteilschutzschwellenwert während der unbefeuerten Schubbetriebsphase
überschreitet, und obwohl die Filtrationseffizienz oberhalb eines definierten
Regenerationsschwellenwertes liegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass von dem Steuergerät in der Schubbetriebsphase zusätzlich zu der sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase eine unbefeuerte
Schubbetriebsphase durchgeführt wird, obwohl die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten Effizienzschwellenwertes liegt und/oder obwohl der Bauteilschutzparameter oberhalb des Bauteilschutzschwellenwertes liegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass von dem Steuergerät in der Schubbetriebsphase zusätzlich zu der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase eine unbefeuerte
Schubbetriebsphase durchgeführt wird, obwohl die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten Effizienzschwellenwertes liegt und/oder obwohl der Bauteilschutzparameter oberhalb des Bauteilschutzschwellenwertes liegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass von dem Steuergerät in der Schubbetriebsphase immer eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase, insbesondere immer eine sauerstoffarme Schubbetriebsphase, durchgeführt wird, wenn die Filtrationseffizienz unterhalb des Effizienzschwellenwertes liegt, und/oder wenn der
Bauteilschutzparameter oberhalb des Bauteilschutzschwellenwertes liegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass in einer Schubbetriebsphase von dem
Steuergerät mehrere unbefeuerte Schubbetriebsphasen und/oder mehrere
sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphasen durchgeführt werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ottomotoranordnung, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und/oder geeignet ist.
Gegebenenfalls kann der Effizienzparameter in allen Ausführungsformen insbesondere die Beladungsmenge des Ottomotorpartikelfilters mit Ruß und/oder Asche, die
Betriebsdauer des Ottomotorpartikelfilters seit der letzten Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters, die zurückgelegte Strecke des Ottomotorpartikelfilters seit der letzten Regeneration des Ottomotorpartikelfilters und/oder die durch den Ottomotorpartikelfilter hervorgerufene Druckdifferenz vor und nach dem
Ottomotorpartikelfilter oder eine daraus errechnete Kenngrößen sein.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem vorderen Bereich einer Abgasnachbehandlungskomponente der Bereich zu verstehen, welcher in
Strömungsrichtung des Abgases in der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente vom Abgas früher durchströmt wird. Insbesondere kann dies jener Bereich sein, durch welchen das Abgas in die jeweilige Abgasnachbehandlungskomponente eintritt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem hinteren Bereich einer
Abgasnachbehandlungskomponente der Bereich zu verstehen, welcher in
Strömungsrichtung des Abgases in der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente vom Abgas später durchströmt wird. Insbesondere kann dies jener Bereich sein, durch welchen das Abgas aus der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente austritt.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich gegebenenfalls aus den
Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren.
Die Erfindung wird nun am Beispiel exemplarischer, nicht ausschließlicher und/oder nicht einschränkender Ausführungsbeispiele weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische grafische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung.
Wenn nicht anders angegeben, so entsprechen die Bezugszeichen folgenden
Komponenten:
Ottomotor 1 , Abgasnachbehandlungsanlage 2, Flauptkatalysator 3,
Ottomotorpartikelfilter 4, Turbolader 5, Drosselklappe 6, Verdichter 7, Turbine 8 und Flochdruck-AGR-Leitung 9.
Fig. 1 zeigt eine schematische grafische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet und/oder eingerichtet ist.
In dieser Ausführungsform umfasst die Ottomotoranordnung einen Ottomotor 1 und eine Abgasnachbehandlungsanlage 2. Die Abgasnachbehandlungsanlage 2 umfasst einen Hauptkatalysator 3 und einen dem Hauptkatalysator 3 nachgeordneten
Ottomotorpartikelfilter 4. In dieser Ausführungsform ist der Hauptkatalysator 3 als 3- Wege-Katalysator ausgebildet und direkt im Anschluss an die Turbine 8 des
Turboladers 5, insbesondere motornahe, angeordnet.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform umfasst die
Abgasnachbehandlungsanlage 2 nur einen Ottomotorpartikelfilter 4. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist die Abgasnachbehandlungsanlage 2 nur aus einem Ottomotorpartikelfilter 4 gebildet. In einer weiteren nicht dargestellten
Ausführungsform umfasst die Abgasnachbehandlungsanlage 2 einen Hauptkatalysator 3, einen Ottomotorpartikelfilter 4 und weitere Katalysatoren.
Ferner umfasst die Ottomotoranordnung der Fig. 1 einen Turbolader 5, eine
Drosselklappe 6 und eine Hochdruck-AGR-Leitung 9 eines Hochdruck-AGR-Systems der Ottomotoranordnung. Der Turbolader 5 umfasst einen Verdichter 7 und eine Turbine 8.
Die Ottomotoranordnung wird in einer Betriebsphase betrieben, welche eine
Normalbetriebsphase und eine Schubbetriebsphase umfasst. Die Schubbetriebsphase wird durch mindestens eine unbefeuerte und/oder mindestens eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase gebildet. In der unbefeuerten Schubbetriebsphase entspricht der Sauerstoffgehalt des den Ottomotor 1 durchströmende Gases im Wesentlichen dem Sauerstoffgehalt der Luft. Ferner umfasst die sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase mindestens eine sauerstoffarme und/oder mindestens eine sauerstoffreiche
Schubbetriebsphase.
In der sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphase weist das den Ottomotorpartikelfilter 4 durchströmende Gas zumindest einen geringeren Sauerstoffgehalt als die
Umgebungsluft auf. Gemäß dieser Ausführungsform ist das den Ottomotor 1 durchströmende Gas in der sauerstoffreichen Schubbetriebsphase das Abgas einer Verbrennung mit einem Lambdawert im Bereich zwischen 1 und 2.
Gemäß dieser Ausführungsform ist das den Ottomotor 1 durchströmende Gas in der unbefeuerten Schubbetriebsphase durch den Ottomotor 1 in der unbefeuerten
Schubbetriebsphase gepumpte Luft. Das heißt, dass in dieser Ausführungsform in der unbefeuerten Schubbetriebsphase die Treibstoffzufuhr zum Motor gestoppt wird.
Dadurch wird in der unbefeuerten Schubbetriebsphase einerseits der
Treibstoffverbrauch verringert, aber andererseits nur Luft durch den Ottomotor 1 gepumpt.
In der sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphase läuft die Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters 4 langsamer ab als in der unbefeuerten Schubbetriebsphase. Insbesondere laufen die Rußoxidationsprozesse langsamer ab als in der unbefeuerten Schubbetriebsphase.
In der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase ist das den Ottomotorpartikelfilter 4 durchströmende Gas im Wesentlichen sauerstofffrei. Gemäß dieser Ausführungsform ist das den Ottomotorpartikelfilter 4 durchströmende Gas in der sauerstoffarmen
Schubbetriebsphase das Abgas einer stöchiometrischen oder unterstöchiometrischen Verbrennung, insbesondere das Abgas einer Verbrennung mit einem Lambdawert kleiner gleich eins. Es ist vorgesehen, dass in der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase die Treibstoffzufuhr zum Ottomotor 1 nur verringert und nur jene Menge an Treibstoff in die Brennräume des Ottomotors 1 eingebracht wird, die benötigt wird, um die durch die Luft eingebrachte Menge an Sauerstoff in ein im Wesentlichen sauerstofffreies Abgas umzusetzen. Das heißt, dass der Ottomotor 1 in der sauerstoffarmen
Schubbetriebsphase derart betrieben wird, dass das Abgas im Wesentlichen
sauerstofffrei ist.
Alternativ können auch andere Betriebsstrategien gewählt werden, bei denen eine Einleitung von Sauerstoff in den Ottomotorpartikelfilter 4 unterbunden werden.
Der Ottomotorpartikelfilter 4 wird in der unbefeuerten und/oder sauerstoffreichen
Schubbetriebsphase regeneriert, wenn der Ottomotorpartikelfilter 4 selbst, das durch den Ottomotorpartikelfilter 4 strömende Abgas und/oder die im Ottomotorpartikelfilter 4 befindlichen Partikel eine Temperatur aufweist oder aufweisen, welche größer als eine Regenerationstemperatur, insbesondere größer als 500 °C, ist. Dabei werden die brennbaren Bestandteile der Partikel, welche sich im Ottomotorpartikelfilter 4 angelagert haben, vollständig oder teilweise verbrannt. Durch die Regeneration, insbesondere durch die Verbrennung der Partikel, wird die Beladung des Ottomotorpartikelfilters 4 reduziert und der Partikelrückstand des Ottomotorpartikelfilters 4 verkleinert. Im Gegensatz dazu wird bei der Durchführung einer sauerstoffarmen
Schubbetriebsphase eine Regeneration des Ottomotorpartikelfilters 4 verhindert.
Dadurch, dass das den Ottomotorpartikelfilter 4 durchströmende Abgas im
Wesentlichen sauerstofffrei ist, kann keine Verbrennung der brennbaren Bestandteile der im Ottomotorpartikelfilter 4 angelagerten Partikel erfolgen, wodurch die Beladung des Ottomotorpartikelfilters 4 und/oder der Filterkuchen des Ottomotorpartikelfilters 4 bestehen bleiben. Insbesondere kann die Beladung und/oder der Partikelrückstand während der Durchführung einer sauerstoffarmen Schubbetriebsphase, bevorzugt bei einer stöchiometrischen Verbrennung, weiter ansteigen. Somit wird durch die
Durchführung einer sauerstoffarmen Schubbetriebsphase die Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters 4 nicht verringert.
In der Normalbetriebsphase und in der sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphase wird dem Ottomotor 1 Treibstoff zugeführt. Der Treibstoff wird in der Normalbetriebsphase und in der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase mit Luft zu einem Abgas umgesetzt.
In der Normalbetriebsphase wird der Ottomotor 1 in einem Lambdafenster um l=1 betrieben und/oder geregelt. Das heißt, dass der Ottomotor 1 um einen Lambdawert l von 1 ,0 pendelt betrieben wird und im Bereich von l = 0,9 bis 1 ,1 , vorzugsweise von l = 0,95 bis 1 ,05, betrieben und/oder geregelt wird. Gemäß dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Ottomotor 1 in seiner Normalbetriebsphase phasenweise oder dauerhaft fett oder mager betrieben und/oder geregelt wird.
Gemäß dieser Ausführungsform ist das in der Normalbetriebsphase vom Ottomotor 1 ausgestoßene Abgas im Wesentlichen sauerstofffrei. Dadurch wird in der
Normalbetriebsphase eine Regeneration, insbesondere eine aktive Regeneration, des Ottomotorpartikelfilters 4 verhindert.
In der Normalbetriebsphase wird der Ottomotorpartikelfilter 4 von den vom Ottomotor 1 emittierten Partikeln insbesondere mit Ruß und/oder mit Asche beladen. Erst nachdem der Ottomotorpartikelfilter 4 eine ausreichende Beladung, insbesondere einen ausreichenden Partikelrückstand oder eine ausreichende Partikelrückstanddicke, aufweist, verfügt der Ottomotorpartikelfilter 4 über seine normale Filtrationseffizienz. Im Gegensatz dazu weist der Ottomotorpartikelfilter 4 im frischen Zustand, das heißt in regeneriertem oder in neuem Zustand, eine gegenüber der normalen Filtrationseffizienz herabgesetzte Filtrationseffizienz auf. Dieser Unterschied in der Filtrationseffizienz, insbesondere in der Reinigungsleistung und/oder Partikel-Abscheideleistung des Ottomotorpartikelfilters 4, kann auf einen unzureichend ausgebildeten Filterkuchen zurückgeführt werden.
Im regenerierten Zustand weist der Ottomotorpartikelfilter 4 zumindest abschnittweise keinen oder nur einen sehr dünnen Partikelrückstand auf, da die brennbaren
Bestandteile der im Ottomotorpartikelfilter 4 angelagerten Partikel durch die
Regeneration verbrannt wurden.
Durch die Regeneration des Ottomotorpartikelfilters 4 wird einerseits der
Abgasgegendruck gesenkt, welcher durch die Partikelbeladung im
Ottomotorpartikelfilter 4 verursacht wurde. Andererseits wird durch die Verbrennung von brennbaren Bestandteilen der an dem Ottomotorpartikelfilter 4 angelagerten Partikel der Partikelrückstand zumindest abschnittweise verkleinert oder entfernt, wodurch sich die Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters 4 maßgeblich verringert.
Im neuen, insbesondere fabrikneuen, nicht eingefahrenen Zustand, weist der
Ottomotorpartikelfilter 4 keinen Partikelrückstand auf.
In dem Steuergerät der Ottomotoranordnung wird ein auf die Filtrationseffizienz
Rückschlüsse erlaubender Effizienzparameter erfasst oder errechnet. Der
Effizienzparameter ist gemäß dieser Ausführungsform die durch den
Ottomotorpartikelfilter 4 hervorgerufene Druckdifferenz vor und nach dem
Ottomotorpartikelfilter 4. Die Druckdifferenz wird auf herkömmliche Weise bestimmt oder erfasst.
In dieser Ausführungsform wird, solange die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten Effizienzschwellenwert liegt, von dem Steuergerät in einer
Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten und/oder einer sauertoffreichen
Schubbetriebsphase eine sauerstoffarme Schubbetriebsphase zur Verhinderung einer Regeneration des Ottomotorpartikelfilters 4 durchgeführt. Durch die Verhinderung der Regeneration werden in der Schubbetriebsphase keine Partikel verbrannt und der im Ottomotorpartikelfilter 4 ausgebildete Partikelrückstand bleibt erhalten. Insbesondere kann dadurch eine ungewollte Regeneration des Ottomotorpartikelfilters 4 und dadurch auch eine ungewollte Verringerung der Filtrationseffizienz verhindert werden. Dadurch ist es möglich, die Beladung und/oder die Filtrationseffizienz des Ottomotorpartikelfilters 4 zu steuern und/oder zu regeln bzw. auch in einem gewissen Filtrationseffizienzbereich zu halten.
Falls die Filtrationseffizienz oberhalb eines definierten Regenerationsschwellenwertes liegt, wird von dem Steuergerät eine Schubbetriebsphase als unbefeuerte
Schubbetriebsphase zur Regeneration des Ottomotorpartikelfilters 4 durchgeführt. Dadurch kann gezielt eine Regeneration des Ottomotorpartikelfilters 4 durchgeführt werden.
Ferner wird von dem Steuergerät ein auf die Temperatur des Ottomotorpartikelfilters 4 Rückschlüsse erlaubender Bauteilschutzparameter erfasst oder errechnet. Solange der Bauteilschutzparameter oberhalb eines definierten Bauteilschutzschwellenwertes liegt, wird gemäß dieser Ausführungsform von dem Steuergerät in einer Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten Schubbetriebsphase eine sauerstoffreduzierte
Schubbetriebsphase zum Bauteilschutz des Ottomotorpartikelfilters 4 durchgeführt. Dadurch wird eine Regeneration des Ottomotorpartikelfilters 4 verhindert oder verringert, wodurch ein starker Temperaturanstieg des Ottomotorpartikelfilters 4 vermieden werden kann. Es ist somit möglich für den Ottomotorpartikelfilter 4
schädliche bzw. kritische Temperaturen zu vermeiden und/oder zu verhindern. Somit können die Lebensdauer des Ottomotorpartikelfilters 4 als auch Schädigungen an Ottomotorpartikelfilter 4 verringert und/oder verhindert werden.
Das in der Normalbetriebsphase im Ottomotor erzeugte Abgas durchströmt zuerst die Turbine 8 des Turboladers 5, dann den Hauptkatalysator 3 und anschließend den Ottomotorpartikelfilter 4, bevor es in die Umgebung austritt.
Dabei werden die von dem Ottomotor 1 erzeugten Partikel von dem
Ottomotorpartikelfilter 4 gefiltert und lagern sich an diesem an. Durch die Anlagerung der Partikel wird ein Partikelrückstand und gegebenenfalls ein Filterkuchen im
Ottomotorpartikelfilter 4 aufgebaut, welcher die Filtrationseffizienz, insbesondere die Reinigung und die Partikel-Abscheideleistung, wesentlich erhöht. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Verfahren automatisiert, insbesondere in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs und/oder durch ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs gesteuert und/oder geregelt ausgeführt wird.
Durch diese beispielhafte Konfiguration können die erfindungsgemäßen Effekte erzielt werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen, sondern umfasst jegliches Verfahren und jegliche Ottomotoranordnung gemäß den
nachfolgenden Patentansprüchen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Ottomotoranordnung in einer Betriebsphase, die eine Normalbetriebsphase und eine Schubbetriebsphase umfasst,
wobei die Ottomotoranordnung einen Ottomotor (1 ), ein Steuergerät und eine Abgasnachbehandlungsanlage (2) mit mindestens einem
Ottomotorpartikelfilter (4) umfasst,
wobei der Ottomotorpartikelfilter (4) mit den vom Ottomotor (1 ) in seinem Normalbetriebsmodus emittierten Partikeln, insbesondere mit Ruß und/oder mit Asche, beladen wird,
wobei der Ottomotorpartikelfilter (4) in mit Partikeln beladenem Zustand seine normale Filtrationseffizienz aufweist,
wobei der Ottomotorpartikelfilter (4) in frischem Zustand, insbesondere in regeneriertem Zustand oder in neuem Zustand, eine herabgesetzte Filtrationseffizienz aufweist,
wobei die Schubbetriebsphase durch mindestens eine unbefeuerte Schubbetriebsphase und/oder mindestens eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase gebildet wird,
wobei das in der unbefeuerte Schubbetriebsphase den Ottomotorpartikelfilter (4) durchströmende Gas durch den Ottomotor (1 ) gepumpte und/oder extern zugeführte Luft ist,
und wobei in der sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphase das den Ottomotorpartikelfilter (4) durchströmende Gas einen geringeren
Sauerstoffgehalt als die Umgebungsluft aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Ottomotorpartikelfilter (4) bei der unbefeuerten
Schubbetriebsphase unter Vorhandensein von Partikeln im
Ottomotorpartikelfilter (4) und bei einem Temperaturniveau von größer als 500 °C Rußoxidationsprozesse stattfinden, wodurch der Ottomotorpartikelfilter (4) zumindest partiell regeneriert wird,
und dass eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase durchgeführt wird, um eine Regeneration des Ottomotorpartikelfilters (4) zu verlangsamen und/oder zu verhindern.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase durch mindestens eine sauerstoffarme und/oder mindestens eine sauerstoffreiche
Schubbetriebsphase gebildet wird,
wobei das in der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase den
Ottomotorpartikelfilter (4) durchströmende Gas ein Abgas einer
stöchiometrischen oder unterstöchiometrischen Verbrennung, insbesondere das Abgas einer Verbrennung bei einem Lambdawert von kleiner gleich 1 , ist, wobei das in der sauerstoffreichen Schubbetriebsphase den
Ottomotorpartikelfilter (4) durchströmende Gas das Abgas einer
überstöchiometrischen Verbrennung, insbesondere das Abgas einer Verbrennung bei einem Lambdawert im Bereich von größer als 1 und kleiner als 5, insbesondere bei einem Lambdawert im Bereich von größer als 1 und kleiner als 2, ist,
und dass die Regeneration und/oder der Rußoxidationsprozess in der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase gegenüber der sauerstoffreichen Schubbetriebsphase verlangsamt abläuft oder ablaufen,
und/oder dass die Regeneration des Ottomotorpartikelfilters (4) in der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase verhindert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuergerät der Ottomotoranordnung einen auf die
Filtrationseffizienz Rückschlüsse erlaubenden Effizienzparameter erfasst oder errechnet,
wobei der Effizienzparameter insbesondere die Beladungsmenge des Ottomotorpartikelfilters (4) mit Ruß und/oder Asche, die Betriebsdauer des Ottomotorpartikelfilters (4) seit der letzten Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters (4), die zurückgelegte Strecke des
Ottomotorpartikelfilters (4) seit der letzten Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters (4) und/oder die durch den Ottomotorpartikelfilter (4) hervorgerufene Druckdifferenz vor und nach dem Ottomotorpartikelfilter (4) und/oder der Gegendruck vor dem Ottopartikelfilter (4) ist,
und dass von dem Steuergerät in einer Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten Schubbetriebsphase eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase zur Verhinderung oder Verlangsamung einer partiellen oder vollständigen Regeneration des Ottomotorpartikelfilters (4) durchgeführt wird, solange die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten
Effizienzschwellenwertes liegt.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass das Steuergerät der Ottomotoranordnung einen auf die
Filtrationseffizienz Rückschlüsse erlaubenden Effizienzparameter erfasst oder errechnet,
wobei der Effizienzparameter insbesondere die Beladungsmenge des Ottomotorpartikelfilters (4) mit Ruß und/oder Asche, die Betriebsdauer des Ottomotorpartikelfilters (4) seit der letzten Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters (4), die zurückgelegte Strecke des
Ottomotorpartikelfilters (4) seit der letzten Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters (4) und/oder die durch den Ottomotorpartikelfilter (4) hervorgerufene Druckdifferenz vor und nach dem Ottomotorpartikelfilter (4) und/oder der absolute oder relative Gegendruck vor dem Ottopartikelfilter (4) ist,
und dass von dem Steuergerät in einer Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten und/oder sauerstoffreichen Schubbetriebsphase eine sauerstoffarme Schubbetriebsphase zur Verhinderung einer Regeneration des Ottomotorpartikelfilters (4) durchgeführt wird, solange die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten Effizienzschwellenwertes liegt.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass das Steuergerät der Ottomotoranordnung einen auf die
Filtrationseffizienz Rückschlüsse erlaubenden Effizienzparameter erfasst oder errechnet,
wobei der Effizienzparameter insbesondere die Beladungsmenge des Ottomotorpartikelfilters (4) mit Ruß und/oder Asche, die Betriebsdauer des Ottomotorpartikelfilters (4) seit der letzten Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters (4), die zurückgelegte Strecke des Ottomotorpartikelfilters (4) seit der letzten Regeneration des
Ottomotorpartikelfilters (4) und/oder die durch den Ottomotorpartikelfilter (4) hervorgerufene Druckdifferenz vor und nach dem Ottomotorpartikelfilter (4) und/oder der Gegendruck vor dem Ottopartikelfilter (4) ist,
und dass von dem Steuergerät eine Schubbetriebsphase als unbefeuerte Schubbetriebsphase zur Regeneration des Ottomotorpartikelfilters (4) durchgeführt wird, wenn die Filtrationseffizienz oberhalb eines definierten Regenerationsschwellenwertes liegt.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass das Steuergerät der Ottomotoranordnung einen auf die Temperatur des Ottomotorpartikelfilters (4) Rückschlüsse erlaubenden Bauteilschutzparameter erfasst oder errechnet,
und dass von dem Steuergerät in einer Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten Schubbetriebsphase eine sauerstoffreduzierte
Schubbetriebsphase zum Bauteilschutz des Ottomotorpartikelfilters (4) durchgeführt wird, wenn der Bauteilschutzparameter oberhalb eines definierten Bauteilschutzschwellenwertes liegt.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass das Steuergerät der Ottomotoranordnung einen auf die Temperatur des Ottomotorpartikelfilters (4) Rückschlüsse erlaubenden Bauteilschutzparameter erfasst oder errechnet,
und dass von dem Steuergerät in einer Schubbetriebsphase statt einer unbefeuerten und/oder sauerstoffreichen Schubbetriebsphase eine
sauerstoffarme Schubbetriebsphase zum Bauteilschutz des
Ottomotorpartikelfilters (4) durchgeführt wird, wenn der
Bauteilschutzparameter oberhalb eines definierten
Bauteilschutzschwellenwertes liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass von dem Steuergerät in der Schubbetriebsphase zusätzlich zu einer unbefeuerten Schubbetriebsphase eine sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase zum Bauteilschutz des Ottomotorpartikelfilters (4) durchgeführt wird,
wenn der Bauteilschutzparameter oberhalb des definierten
Bauteilschutzschwellenwertes liegt
oder wenn der Bauteilschutzparameter den Bauteilschutzschwellenwert während der unbefeuerten Schubbetriebsphase überschreitet,
und obwohl die Filtrationseffizienz oberhalb eines definierten
Regenerationsschwellenwertes liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass von dem Steuergerät in der Schubbetriebsphase zusätzlich zu einer unbefeuerten Schubbetriebsphase eine sauerstoffarme Schubbetriebsphase zum Bauteilschutz des Ottomotorpartikelfilters (4) durchgeführt wird, wenn der Bauteilschutzparameter oberhalb des definierten
Bauteilschutzschwellenwertes liegt,
oder wenn der Bauteilschutzparameter den Bauteilschutzschwellenwert während der unbefeuerten Schubbetriebsphase überschreitet,
und obwohl die Filtrationseffizienz oberhalb eines definierten
Regenerationsschwellenwertes liegt.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass von dem Steuergerät in der Schubbetriebsphase zusätzlich zu der sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase eine unbefeuerte
Schubbetriebsphase durchgeführt wird, obwohl die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten Effizienzschwellenwertes liegt und/oder obwohl der
Bauteilschutzparameter oberhalb des Bauteilschutzschwellenwertes liegt.
1 1 . Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass von dem Steuergerät in der Schubbetriebsphase zusätzlich zu der sauerstoffarmen Schubbetriebsphase eine unbefeuerte
Schubbetriebsphase durchgeführt wird, obwohl die Filtrationseffizienz unterhalb eines definierten Effizienzschwellenwertes liegt und/oder obwohl der
Bauteilschutzparameter oberhalb des Bauteilschutzschwellenwertes liegt.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass von dem Steuergerät in der Schubbetriebsphase immer eine
sauerstoffreduzierte Schubbetriebsphase, insbesondere immer eine sauerstoffarme Schubbetriebsphase, durchgeführt wird,
wenn die Filtrationseffizienz unterhalb des Effizienzschwellenwertes liegt, und/oder wenn der Bauteilschutzparameter oberhalb des
Bauteilschutzschwellenwertes liegt.
13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in einer Schubbetriebsphase von dem Steuergerät mehrere unbefeuerte Schubbetriebsphasen und/oder mehrere sauerstoffreduzierten Schubbetriebsphasen durchgeführt werden.
14. Ottomotoranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Ottomotoranordnung zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 eingerichtet ist.
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