Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine, in der wenigstens ein Partikelabscheider und ein Katalysator angeordnet sind. Darüber hinaus wird auch ein Kraftfahrzeug angegeben, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung im Zusammenhang mit der Regeneration von Partikel- abscheidern während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine.

Gerade im Zusammenhang mit der Behandlung von Abgasen aus Otto -Motoren können Probleme bei der Beseitigung von festen Verbrennungsrückständen entstehen. Bislang wurde bei der Abgasbehandlung von Otto-Motoren festgestellt, dass im Hinblick auf die Masse deutlich weniger Partikel im Abgas erzeugt werden als dies im Vergleich zum Diesel-Motor der Fall ist. Für eine Beseitigung dieser Ruß-Partikel wird beispielsweise ein Partikelabscheider (Wall-Flow-Filter, Nebenstromfϊlter etc.) eingesetzt, in dem die Partikel zurückgehalten werden. Um nunmehr ein Zusetzen zu vermeiden und/oder wieder eine Effektivitätssteigerung bei dem Partikelabscheider zu erreichen, wird der Ruß thermisch, beispielsweise bei einer Temperatur von 550 ° bis 600 ⁰ C umgesetzt, wofür Sauerstoff benötigt wird.

Für Otto-Motoren wird üblicherweise eine so genannte Lambda-Regelung einge- setzt. Eine solche Lambda-Regelung dient insbesondere dazu, die Verbrennungsvorgänge in der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich Leistung und spezifischem Kraftstoffverbrauch anzupassen. Als Lambda (λ) bezeichnet man dabei das Verhältnis Luft zu Brennstoff im Vergleich zu einem stöchiometrischen Gemisch. Beim stöchiometrischen Gemisch ist genau die Luftmenge vorhanden, die benö- tigt wird, um den Brennstoff vollständig zu verbrennen. Dies wird als λ = 1,0 bezeichnet. Bei Benzin beträgt das Massenverhältnis dabei 14,7 : 1. Ist mehr Brenn- Stoff vorhanden, spricht man von einem fetten Gemisch (λ < 1), bei Luftüber- schuss von magerem Gemisch (λ > 1). Die Lambda-Regelung erfasst den tatsächlichen Lambda-Wert über geeignete Sensoren und verändert die Brennstoffmenge oder Luftmenge so, dass der Lambda-Regelwert eingestellt ist.

Bei Abgasanlagen, die mit einem Drei- Wege-Katalysator ausgeführt sind, ist die Lambda-Regelung so eingestellt, dass diese den Regelwert 1,0 genau einhält. Hierfür sind zwei unterschiedliche Varianten bekannt, nämlich einmal die Variante, nach der der Lambdawert konstant exakt auf 1 ,0 gehalten wird und eine Vari- ante, bei der eine konstante Schwingung des tatsächlichen Lambdawertes um den Lambda-Mittelwert 1,0 durchgeführt wird. Damit wird das Abgas mit einer Zusammensetzung bereitgestellt, bei der eine möglichst effektive Umsetzung der darin noch enthaltenden Schadstoffe beim Kontakt mit dem Drei-Wege- Katalysator erreicht.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, bei dem eine effektivere Umsetzung von Schadstoffen und/oder Partikeln aus dem Abgasstrom einer Verbren- nungskraftmaschine während des Betriebes erreicht werden soll. Darüber soll ein Kraftfahrzeug mit einer Abgasanlage angegeben werden, mit dem sich eine kontrollierte Regelung der Regeneration des Partikelabscheiders verwirklichen lässt, wobei gleichermaßen auch gasförmige Bestandteile weiter sicher und effektiv umgesetzt werden.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Schritten des Patentanspruchs 1 sowie einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und wei- tere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, veranschaulicht die Erfindung weiter und gibt zusätzliche Ausführungsbeispiele der Erfindung an.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine, in der wenigstens Partikelabscheider und ein Katalysator angeordnet sind umfasst zumindest die folgenden Schritte: a) Betreiben der Prozesse in der Verbrennungskraftmaschine mit einer Lamb- da-Regelung um einen Regelwert; b) Identifizierung eines Regenerationsprozesses des Partikelabscheiders; c) Bestimmung eines Sauerstoffbedarfs für den Regenerationsprozesses des Partikelabscheiders; d) Anpassen der Lambda-Regelung um den bestimmten Sauerstoffbedarf für den Zeitraum des Regenerationsprozesses des Partikelabscheiders.

Mit Schritt a) ist insbesondere gemeint, dass die Zufuhr von Luft und Kraftstoff hin zur Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit des Lambda- Wertes erfolgt. Dabei wird regelmäßig für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ein überwiegend konstanter Regelwert vorgegeben.

Die Identifizierung eines Regenerationsprozesses des Partikelabscheiders gemäß Schritt b) kann messtechnisch und/oder rechnerisch bestimmt werden. So kann beispielsweise der Druckabfall über den Partikelabscheider gemessen und/oder berechnet werden. Auch ist möglich, dass ein Rechenmodell vorliegt, aus dem die eingelagerte Menge an Partikeln in Abhängigkeit von den Prozessen in der Verbrennungskraftmaschine bestimmt bzw. berechnet werden kann. Jedenfalls wird hier ein Grenzwert betrachtet, dessen Erreichen nun eine Regeneration des Partikelabscheiders nach sich zieht. Dieser Grenzwert kann dabei fix sein, es ist aber auch möglich, hier einen an die Lastsituation der Verbrennungskraftmaschine und/oder die Temperaturen in der Abgasanlage variablen Grenzwert anzusetzen. Gemäß Schritt c) wird nun bestimmt, wie viel Sauerstoff im Abgas allein für die Oxidation der Partikel im Partikelabscheider benötigt wird. Hierfür können insbesondere auch diverse Randbedingungen mit einbezogen werden, wie beispielsweise die Temperatur des Abgases, die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, die Temperatur im Partikelabscheider, die Masse und/oder Größe und/oder Verteilung der Partikel im Partikelabscheider, etc. Der Sauerstoffbedarf wird dabei entweder anhand konkreter Messwerte bestimmt und/oder, gegebenenfalls unter Verwendung geeigneter Modelle, berechnet.

In Abhängigkeit des so bestimmten Sauerstoffbedarfs wird nun die Lambda- Regelung angepasst, so dass insbesondere mehr Luft (bzw. Sauerstoff) zugeführt wird, um (nach Möglichkeit nur genau den erforderlichen) bestimmten Sauerstoffbedarf dem Abgas hinzuzufügen. Damit wird also für den Zeitraum des Regenerationsprozesses des Partikelabscheiders so viel zusätzlicher Sauerstoff zuge- führt, dass einerseits die Regeneration des Partikelabscheiders mit der gewünschten Umsatzrate stattfindet, andererseits aber auch der Katalysator in einem Abgas- Umfeld umwandelt, in dem dieser effektiv ist.

In diesem Zusammenhang ist bevorzugt, dass der Regelwert in Schritt a) ein Lambda-Wert von 1,0 ist. Insofern ist das Verfahren insbesondere geeignet, die Verbrennungsprozesse in einem Otto-Motor zu regeln, so dass ein in der Abgasanlage positionierter Drei- Wege-Katalysator auch während des Regenerationsprozesses des Partikelabscheiders in seinem optimalen Umfeld arbeitet.

Gemäß einer Weiterbildung wird auch vorgeschlagen, dass der Regelwert in Schritt d) ein Lambda-Wert im Bereich vom 1,02 bis 1,05 ist. Der hier vorgeschlagene Bereich des Lambda- Wertes orientiert sich exakt an dem Sauerstoffbedarf für den Regenerationsprozess des Partikelabscheiders und ist bevorzugt während der gesamten Dauer des Regenerationsprozesses einzuhalten. Insoweit wird hier insbesondere vorgeschlagen, dass der (gemittelte) Lambda-Wert in Abhän- gigkeit der Fahrleistung und bestimmter Temperaturen nach mager verschoben wird.

Neben der Erhöhung des Mittelwertes des Lambda- Wertes für den Zeitraum des Regenerationsprozesses des Partikelabscheiders wird auch vorgeschlagen, dass der Regelwert in Schritt a) um einen Lambda- Wert von 1,0 mit einer ersten Amplitude variiert wird und in Schritt d) eine zweite Amplitude eingestellt wird, die größer als die erste Amplitude ist. Auf diese Weise wird zumindest periodisch ein erhöhter Sauerstoff-Anteil im Abgas während des Zeitraums des Regenerations- prozesses bereitgestellt, so dass auch hier der Ruß sicher umgesetzt werden kann. Die Größenunterschiede der Amplituden beträgt bevorzugt 2 bis 10 %, insbesondere 3 bis 6 %.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird auch vorgeschlagen, dass die Bestimmung eines Sauerstoffbedarfs anhand eines Regenerationsmodells des Partikelabscheiders berechnet wird. Das heißt insbesondere, dass unter Berücksichtigung der Verbrennungsprozesse, Temperatur etc. oder unabhängig davon, die Identifizierung eines Regenerationsprozesses des Partikelabscheiders aus einem Regenerationsmodell erfolgt. Das Regenerationsmodell kann Erfahrungswerte und/oder Parameter enthalten, anhand derer die Notwendigkeit für einen Regene- rationsprozess des Partikelabscheiders identifizierbar ist.

Das Verfahren wird insbesondere dann durchgeführt, wenn während Schritt d) eine Temperatur von mindestens 500 ⁰ C im Bereich des Partikelabscheiders vor- liegt. Die Temperatur im Bereich des Partikelabscheiders kann die Temperatur des Partikelabscheiders selbst sowie vor- und/oder nachgelagerte Abschnitte der Abgasanlage bzw. die Temperatur des anströmenden bzw. abströmenden Abgases betreffen. Hierfür können insbesondere Temperatursensoren und/oder Temperaturmodelle zur rechnerischen Bestimmung der Temperatur hilfreich sein. Darüber hinaus wird auch ein Kraftfahrzeug aufweisend einen Otto-Motor sowie eine sich an den Otto-Motor anschließende Abgasanlage vorgeschlagen, die von dem im Otto-Motor erzeugten Abgase in einer Strömungsrichtung durchströmbar ist. Die Abgasanlage weist weiter mindestens einen Sensor auf. Zudem ist in der Abgasanlage in Strömungsrichtung hintereinander wenigstens ein Partikelabscheider und ein Drei- Wege-Katalysator angeordnet, wobei eine Steuerung für den Otto-Motor mit dem mindestens einen Sensor der Abgasanlage zusammenwirkt und zur Durchführung des hier erfmdungsgemäß beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass neben Partikelabscheider und Drei- Wege-Katalysator auch weitere Komponenten zur Abgasnachbehandlung vorgesehen sein können. Relevant ist hierbei, dass der Partikelabscheider stromaufwärts des Drei- Wege-Katalysators angeordnet ist, das Abgas also zuerst den Partikelabscheider kontaktiert, bevor es den Drei- Wege-Katalysator erreicht. Zwischen Partikelabscheider und Drei- Wege-Katalysator können demnach auch weitere Abgasnachbehandlungseinheiten vorgesehen sein. Bei der Steuerung kann es sich insbesondere um die Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs handeln, wobei diese auch in ein Bordsystem des Kraftfahrzeugs integriert sein kann. Jedenfalls können in der Steuerung die Signale bzw. Daten der Sensoren verarbeitet und gegebenenfalls auch mit Rechenmodellen verglichen bzw. korreliert werden.

Bei einem solchen Kraftfahrzeug wird als vorteilhaft angesehen, dass eine erste Lambda-Sonde in Strömungsrichtung vor dem Partikelabscheider und wenigstens eine zweite Lambda-Sonde nach dem Partikelabscheider oder nach dem Drei- Wege-Katalysator angeordnet ist. Gegebenenfalls ist auch möglich, dass zumindest eine der hier genannten Lambda-Sonden im Partikelabscheider bzw. dem Drei- Wege-Katalysator integriert ist. Die Lambda-Sonden stellen dabei Sensoren der Abgasanlage dar. Die Lambda-Sonden können insbesondere dazu eingesetzt werden, festzustellen, wenn der Regenerationsprozess des Partikelabscheiders im Wesentlichen beendet ist, wobei hierzu insbesondere die dem Partikelabscheider nachgeordnete Lambda-Sonde verwendet wird. Insoweit lässt sich hierdurch der Zeitraum des Regenerationsprozesses des Partikelabscheiders bestimmen und somit das Ende des Schrittes d) einleiten.

Außerdem wird ein solches Kraftfahrzeug bevorzugt, bei dem der Partikelabscheider mit einem Wabenkörper ausgeführt ist, der offene Kanäle aufweist, die von einer metallischen Folie und einem Drahtvlies begrenzt sind. Bei dem hier vorgeschlagenen Partikelabscheider handelt es sich demnach nicht um einen sogenannten Wall- flow- fϊlter mit wechselseitig verschlossenen Kanälen, sondern um eine offene Struktur, die bei in anderen Anmeldungen der Anmelderin auch mit „Nebenstromfilter" bezeichnet wird. Bei einem solchen Partikelabscheider hat der Wabenkörper eine Vielzahl von Kanälen, wobei diese wiederum grundsätzlich für das Abgas durchströmbar ist. In den Kanälen sind Leitschaufeln, Erhebungen und dergleichen vorgesehen, die eine Umlenkung der Partikel hin zu dem Wandab- schnitt mit dem Drahtvlies bewirken, wobei stets gewährleistet ist, dass zumindest ein Teil des den Kanal durchströmenden Abgases auch an diesen Leitschaufeln, Erhebungen etc. vorbeiströmen und folglich im Kanal verbleiben kann. Die metallische Folie ist hierfür bevorzugt mit einer Wellstruktur ausgeführt, das metallische Drahtvlies umfasst zu diesem Zweck eine oder mehrere Lagen aus zueinan- der angeordneten Feinstdrähten, die miteinander versintert und/oder verschweißt sind. Gegebenenfalls können die Folie und/oder das Vlies mit einer (katalytisch aktiven) Beschichtung ausgeführt sein.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Fi- guren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung aufzeigen, diese aber nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 : eine erste Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2: eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3: eine Ausfuhrungsvariante eines Kraftfahrzeugs zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 4: einen offenen Partikelabscheider, und

Fig. 5: ein Detail eines weiteren offenen Partikelabscheiders.

Fig. 1 veranschaulicht in einem Diagramm, in dem der Regelwert 5 der Lambda- Regelung auf der y- Achse veranschaulicht ist, während des Betriebes der Abgasanlage. Hierbei wird der Verlauf des Lambda- Wertes als Regelwert 5 über die Zeit 21 dargestellt. Von links ausgehend ist festzustellen, dass zunächst der Betrieb der Prozesse in der Verbrennungskraftmaschine mit einem konstanten Regelwert 5, beispielsweise einem Lambda- Wert von 1,0, durchgeführt wird. Erfolgt nun eine Identifizierung eines Regenerationsprozesses des Partikelabscheiders, wird der erforderliche Sauerstoffbedarf bestimmt. Dann erfolgt das Anpassen der Lambda-Regelung um bestimmten Sauerstoffbedarf 20, so dass hier über den Regenerationszeitraum 19 der Regelwert 5 stufenförmig angehoben wird. Dabei hat der Regelwert 5 in diesem Regenerationszeitraum 19 einen Wert von 1,02 bis 1,05. Wird das Ende des Regenerationsprozesses des Partikelabscheiders festgestellt, sinkt der Regelwert 5 wieder auf seinen ursprünglichen Regelwert.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Situation, wobei hier der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit einer dynamischen Lambda-Amplituden-Regelung durchge- führt wird. Auch hier ist der Regelwert 5 über die Zeit 21 dargestellt. Von links ausgehend ist zu erkennen, dass der Regelwert 5 um einen hier als Strich-Punkt- Strich-Linie gekennzeichneten Mittelwert mit einer ersten Amplitude 6. Für den Regenerationszeitraum 19 wird die Lambda-Regelung nun so angepasst, dass die zweite Amplitude 7 größer als die erste Amplitude 6 ist. Damit wird nun der zu- vor bestimmte Sauerstoffbedarf zusätzlich zur Verfügung gestellt. Nach dem Ende des Regenerationszeitraums des Partikelabscheiders sinkt die Amplitude wieder auf den Wert auf der ersten Amplitude 6 zurück.

Fig. 3 veranschaulicht schematisch ein Kraftfahrzeug 8 mit einer Verbrennungs- kraftmaschine 2 nach Art eines Otto-Motors 9. An den Otto-Motor 9 schließt sich eine Abgasanlage 1 an. Das im Otto-Motor erzeugte Abgas strömt in Strömungsrichtung zunächst durch einen Partikelabscheider 3 und anschließend durch einen Drei- Wege-Katalysator 4. In Strömungsrichtung 10 gesehen vor dem Partikelabscheider 3 ist eine erste Lambda-Sonde 13 vorgesehen. Eine zweite Lambda- Sonde 4 ist dem Partikelabscheider 3 direkt nachgestellt. Gleichwohl ist aber in Fig. 3 auch eine Position der zweiten Lambda-Sonde 14 angedeutet, die in Strömungsrichtung 10 gesehen hinter dem Drei- Wege-Katalysator 4 liegt. Das Kraftfahrzeug 8 weist zudem eine Steuerung 12 auf. Die Steuerung 12 ist über Leitungen 22, daten- bzw. signaltechnisch und/oder steuerungstechnisch mit Teilen der Verbrennungskraftmaschine 2 und den Sensoren 11 verbunden. Insbesondere können die mit den Sensoren 11 erfassten Abgas-Kenngrößen zur Beeinflussung der Prozesse in der Verbrennungskraftmaschine 2 durch die Steuerung 12 dienen.

Fig. 4 zeigt in einem Längsschnitt eine mögliche Ausführungsvariante eines Par- tikelabscheiders 3 nach Art eines Nebenstromfϊlters mit offenen Kanälen 16. Die Kanäle 16 sind dabei einerseits jeweils mit metallischer Folie und andererseits mit einem Drahtvlies 18 begrenzt. Beim Durchströmen des Partikelabscheiders 3 in Strömungsrichtung 10 wird das Abgas mit den Partikeln aufgrund von Leitflächen 24 und/oder Öffnungen 26 gegen das Drahtvlies 18 gelenkt, so dass das Ab- gas teilweise entlang des Drahtvlieses 18 und/oder durch das Drahtvlies 18 hindurchströmt. Dabei werden die Partikel zurückgehalten. Bei einem solchen offenen Partikelabscheider 3 besteht nicht die Gefahr, dass die einzelnen Kanäle 16 sich zusetzen, weil stets ein Bypass bzw. Nebenstrom an den Leitflächen 24 der Kanäle 10 vorbei möglich ist. Aus diesem Grund muss relativ selten eine Regene- ration durchgeführt werden. Üblicherweise sind alle Komponenten eines solchen Partikelabscheiders 3 aus Metall, so dass dieser mit einem metallischen Gehäuse 25 und einem vollkommen metallischen Wabenkörper 15 gebildet ist.

Fig. 5 zeigt in einem Detail schematisch die Ablenkung einzelner Abgasströmun- gen 13 in Folge der strukturierten und Leitflächen 24 aufweisenden metallischen Folie 17. In Folge dieser Leitflächen 24 wird zumindest ein Teil des Abgases hin zu den metallischen Drahtvliesen 18 geleitet, wobei diese Strömungen insbesondere aufgrund von Druckunterschieden in benachbarte Kanäle weiter unterstützt wird.

Bezugszeichenliste

I Abgasanlage 2 Verbrennungskraftmaschine

3 Partikelabscheider

4 Katalysator

5 Regelwert

6 ersten Amplitude 7 zweite Amplitude

8 Kraftfahrzeug

9 Otto-Motor

10 Strömungsrichtung

I 1 Sensor 12 Steuerung

13 erste Lambda-Sonde

14 zweite Lambda-Sonde

15 Wabenkörper

16 Kanäle 17 metallische Folie

18 Drahtvlies

19 Regenerationszeitraum

20 Sauerstoffbedarf

21 Zeit 22 Leitung

23 Abgasströmung

24 Leitflächen

25 Gehäuse

26 Öffnung