DE102006044303A1

DE102006044303A1 - Verfahren zum Ermitteln der für eine Oxidation von Rußpartikeln benötigten Additivierung, Sensor zum Durchführen dieses Verfahrens sowie Einrichtung mit einem solchen Sensor

Info

Publication number: DE102006044303A1
Application number: DE102006044303A
Authority: DE
Inventors: Martin Havers; Thomas Prof. Dr. Heinze; Reinhard Dr. Kolke
Original assignee: HJS Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: HJS Emission Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-04-03

Abstract

Ein Verfahren zum Ermitteln einer für eine Additiv gestützte Oxidation von in dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine 2 enthaltenen, auf einem Partikelfilter 3 aufgefangenen Rußpartikeln benötigten Additivierung umfasst folgende Schritte: - Sammeln von im Abgasstrom transportierten Rußpartikeln auf einem Sensor 7, - Erfassen des Vorgangs eines Oxidationsprozesses der auf dem Sensor 7 akkumulierten Rußpartikel und - Bestimmen der Temperatur, bei der der Oxidationsprozess der Rußpartikel begonnen hat, und/oder Bestimmen der Dauer des beobachteten Rußoxidationsprozesses. Ferner betrifft die Erfindung einen Sensor 7 zum Erfassen der zum Auslösen einer Oxidation von aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine aufgefangenen Rußpartikeln benötigten Temperatur, umfassend ein elektrisches Heizelement sowie eine Einrichtung zum Erfassen und Überwachen eines oder mehrerer Parameter des Heizelements während seiner Bestromung zur Detektion eines Rußoxidationsprozesses.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer für eine Additiv gestützte Oxidation von in dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthaltenen, auf einem Partikelfilter aufgefangenen Rußpartikel benötigten Additivierung. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Sensor zum Durchführen des Verfahrens sowie eine Einrichtung mit einem solchen Sensor.
In den Abgasstrang von Dieselmotoren werden Partikelfilter zum Auffangen von in dem Abgasstrom transportierten Feststoffteilchen, insbesondere Rußpartikeln eingeschaltet. Ein solcher Partikelfilter muss in zeitlichen Intervallen gereinigt werden, damit durch den auf dem Partikelfilter akkumulierten Ruß der Abgasgegendruck nicht übermäßig ansteigt und dadurch die Leistungsfähigkeit des Dieselmotors beeinträchtigt wird. Zum Befreien der anströmseitigen Oberfläche des Partikelfilters von den akkumulierten Rußpartikeln wird entweder aktiv eine Rußoxidation – ein so genannter Rußabbrand – ausgelöst oder dieser tritt bei Vorliegen geeigneter Bedingungen von selbst ein. Letzteres ist der Fall, wenn die den Partikelfilter anströmende Abgastemperatur größer ist als die Rußzündtemperatur und in dem Abgasstrom eine ausreichende Sauerstoffmenge transportiert wird. Um einen solchen Rußabbrand und damit eine Regeneration des Partikelfilters auch bei Temperaturen durchführen zu können, die unterhalb der normalen Zündtemperatur des Rußes liegen, werden gemäß einem vorbekannten Verfahren dem Kraftstoff die Zündtemperatur absenkende Additive beigemengt. Da die Additivkonzentration in dem dem Dieselmotor zugeführten Kraftstoff im ppm-Bereich liegt, so dass eine Dosierung des Additivs unmittelbar in die Kraftstoffleitung kaum möglich ist, wird zur Einstellung der gewünschten Additivkonzentration nach jedem Tankvorgang die in den Kraftstofftank aufgenommene Kraftstoffmenge ermittelt und in Abhängigkeit hiervon in den Kraftstofftank die zum Erreichen der gewünschten Additivkonzentration notwendige Additivmenge beigemengt. Um die Additivkonzentration bestimmungsgemäß einstellen zu können, ist es bei diesem Verfahren notwendig, die bei einem Tankvorgang aufge nommene Kraftstoffmenge zu erfassen. Dieses erfolgt über den Füllstandsgeber des Kraftstoffbehälters. Da bekanntermaßen die Füllstandssensoren auch aufgrund äußerer Gegebenheiten, wie etwa der Neigung des Kraftfahrzeuges relativ ungenau arbeiten, erfolgt die Additivdosierung in einem Maße, dass unter Berücksichtigung der Messungenauigkeiten des Füllstandgebers der Kraftstoff die vorgesehene Mindest-Additivkonzentration aufweist. Dieses hat letztlich zur Folge, dass eine Additivüberdosierung vorgenommen wird. Die Verbrennungsreste des Additivs lagern sich auf dem Partikelfilter in Form von Asche ab. Aufgrund der üblicherweise begrenzten Aschespeicherkapazität eines Partikelfilters ist man bestrebt, den Ascheanteil möglichst gering zu halten.
Überdies hat sich gezeigt, dass in Abhängigkeit von dem dynamischen Betrieb der Dieselbrennkraftmaschine die zum Auslösen eines Oxidationsvorganges der durch den Verbrennungsprozess generierten Rußpartikel unterschiedlich ist. Die Variation in der Rußzündtemperatur bezogen auf den jeweiligen Betriebszustand des Dieselmotors muss ebenfalls bei der vorbeschriebenen Additivbeimengung in den Kraftstoff berücksichtigt werden. Somit ist auch aus diesem Grunde zumindest bei einigen Betriebszuständen des Dieselmotors eine Additivüberdosierung regelmäßig feststellbar.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem eine Additivdosierung des einem Dieselmotor zugeführten Kraftstoffes unter Reduzierung des Ausmaßes einer Überdosierung vorgenommen werden kann. Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, einen Sensor zum Durchführen dieses Verfahrens vorzuschlagen.
Die verfahrensbezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das eingangs genannte Verfahren gelöst, welches mit folgenden Schritten durchgeführt wird:

– Sammeln von im Abgasstrom transportierten Rußpartikeln auf einem Sensor,
– Erfassen des Vorgangs eines Oxidationsprozesses der auf dem Sensor akkumulierten Rußpartikel und
– Bestimmen der Temperatur, bei der der Oxidationsprozess der Rußpartikel begonnen hat, und/oder Bestimmen der Dauer des beobachteten Rußoxidationsprozesses.

Bei diesem Verfahren wird anhand des Vorganges eines stattfindenden Oxidationsprozesses von aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine aufgefangenen Rußpartikeln der Oxidationsprozess beobachtet, der wiederum Rückschlüsse auf die Additivierung – die Additivkonzentration – des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffes erlaubt. Zu diesem Zweck werden auf einem Sensor Rußpartikel gesammelt. Anschließend wird ein Oxidationsprozess der auf dem Sensor akkumulierten Rußpartikel erfasst und gegebenenfalls verfolgt. Dieser Oxidationsprozess wird vorzugsweise aktiv ausgelöst, und zwar durch Zuführen von thermischer Energie, in welchem Zuge bei ausreichendem Erhitzen des Rußes der gewünschte Oxidationsprozess ausgelöst wird und abläuft. Anschließend wird die Temperatur, bei der der Oxidationsprozess der Rußpartikel begonnen hat, und/oder die Dauer des beobachteten Rußoxidationsprozesses bestimmt. Beide vorgenannte Größen geben unabhängig voneinander und in Kombination miteinander Aufschluss über die Additivierung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffes, und zwar dahingehend, ob in dem der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff die Additivkonzentration so eingestellt ist, dass ein Rußoxidationsprozess bestimmungsgemäß ausgelöst werden und ablaufen kann. Zum Bestimmen des Beginns eines ausgelösten Oxidationsprozesses wird zumindest ein Parameter des Sensors beobachtet. Eine Änderung des beobachteten Parameters des Sensors, der bei einer aktiven Auslösung des Oxidationsprozesses nicht dem fortschreitenden Erwärmungsprozess zuzuschreiben ist, signalisiert den Beginn des Oxidationsprozesses. Über die weitere Beobachtung dieses Parameters kann die Dauer des ausgelösten Oxidationsprozesses beobachtet werden. Gleichfalls kann der Wert des beobachteten Parameters im Zeitpunkt des beobachteten, den Beginn des Oxidationsprozesses darstellenden Parameters einer Temperatur zugeordnet werden, die sodann die Rußzündtemperatur bzw. die Temperatur darstellt, bei der der Oxidationsprozess der Rußpartikel beginnt.
Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, dieses Verfahren passiv zu betreiben, indem ein selbsttätig ausgelöster Oxidationsprozess im vorgeschrie benen Sinne erfasst und ausgewertet wird. Bevorzugt wird dieses Verfahren jedoch in der vorbeschriebenen Art und Weise aktiv betrieben, um den sich einstellenden Änderungen bei einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine hinsichtlich einer gewünschten Minimaladditivierung besser gerecht werden zu können.
Das vorbeschriebene Verfahren ist typischerweise implementiert in ein Verfahren zur Regelung, Überwachung und/oder Adaption der Additivkonzentration in dem der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff. Dieses kann durch allmähliches Erhöhen der Additivkonzentration nach einem Tankvorgang so lange erfolgen, bis die aufgefallenen Rußpartikel die gewünschte Rußzündtemperatur aufweisen. Mit diesem Verfahren ist auch eine aktive Regelung der Additivkonzentration in dem der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff möglich, wenn das Additiv nicht dem Kraftstofftank, sondern der dem Kraftstofftank nachgeschalteten Zuführleitung beigemengt wird. Hier könnte es sich anbieten, ein in einer vorbestimmten Konzentration mit Kraftstoff bereits vermengtes Additiv aufgrund einer sich dann einstellenden besseren Durchmischung und der leichteren Dosierbarkeit der dann größeren, in die Kraftstoffzuführleitung einzubringenden Menge zu bevorraten.
Als Sensor zum Durchführen des vorbeschriebenen Verfahrens wird ein elektrisches Heizelement, insbesondere ein Widerstandsheizelement, vorgeschlagen. Das Heizelement dient zum einen zum Erwärmen des auf seiner Oberfläche akkumulierten Rußes zum aktiven Auslösen des gewünschten Oxidationsprozesses. Zum anderen kann ein Parameter des Heizelementes während des Erwärmungsprozesses beobachtet werden, und zwar ein solcher Parameter, der sich bei dem Vorgang einer Rußoxidation unabhängig von dem durch die Bestromung hervorgerufenen Erwärmungsprozess ändert. Als Parameter bietet es sich bei Vorsehen eines Widerstandheizelementes als Sensor beispielsweise an, den Innenwiderstand desselben beim Erwärmen zum Erfassen des Beginns und auch des Endes eines Rußoxidationsprozesses zu beobachten. Im Zuge der Erwärmung des Heizelementes durch die Bestromung steigt der Innenwiderstand des Heizelementes entsprechend seiner Kennlinie. Da die Rußoxidation als exotherme Reaktion abläuft, wird das Widerstandsheizelement, welches beispielsweise als Draht, etwa in Form einer Draht wendel ausgebildet sein kann, zusätzlich von außen erwärmt. Durch die exotherme Reaktion der Rußoxidation wird dem Heizelement von außen Wärme zugeführt, die sich in einem, bezogen auf die Bestromungsparameter, überproportionalen Anstieg des Innenwiderstandes des Heizelementes bemerkbar macht. Nach Beendigung des Rußoxidationsprozesses, wenn dem Heizelement von außen keine zusätzliche Wärme zugeführt wird, ist der Innenwiderstand des Heizelementes nur noch durch die Bestromungsparameter definiert, so dass auf diese Weise das Ende eines Oxidationsprozesses beobachtet werden kann.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn das Erwärmen eines solchen Sensors nicht zu rasch erfolgt, damit der Beginn eines Rußoxidationsprozesses möglichst unbeeinflusst von anderen Faktoren ist, wie beispielsweise dem Vorhandensein von mit den Rußpartikeln abgelagerten Kohlenwasserstoffen. Dieses erübrigt sich, wenn die Abgastemperatur ausreichend hoch und sich derartige Stoffe bereits verflüchtigt haben. Versuche haben gezeigt, dass bei einer Erwärmung des Sensors zwischen 2,5°C/sec und 5°C/sec der Beginn eines Rußoxidationsprozesses unbeeinflusst oder zumindest weitgehend unbeeinflusst von solchen weiteren Faktoren auslösbar ist.
Das vorbeschriebene Verfahren lässt sich auch mit anderen Sensoren durchführen, beispielsweise mit einem solchen Sensor, der die Leitfähigkeit von zwischen zwei Elektroden akkumulierten Rußpartikeln misst. Der Beginn eines Rußoxidationsprozesses lässt sich anhand einer prägnanten Änderung der Leitfähigkeit erkennen. Bei Einsatz eines solchen Sensors wird ein zusätzliches Heizelement benötigt, um aktiv einen Oxidationsprozess der zwischen den beiden Elektroden des Sensors akkumulierten Rußpartikel auslösen zu können.
Die Erfindung ist nachfolgend mit Hilfe eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1: Ein schematisiertes Blockschaltbild einer Einrichtung zum Ermitteln der für eine Oxidation von Rußpartikeln benötigten Additivierung,
2: eine schematisierte Ansicht eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eingeschalteten Sensors zum Ermitteln der für eine Oxidation von Rußpartikeln benötigten Additivierung,
3: ein Flussdiagramm zum Darstellen der einzelnen Verfahrensschritte des durchgeführten Verfahrens und
4a–4d: Diagramme zum Darstellen der Änderung eines im Zuge des Verfahrens beobachteten Parameters des Sensors.
In den Abgasstrang 1 eines Dieselmotors 2 ist ein Partikelfilter 3 zum Auffangen von vom Dieselmotor 2 ausgestoßenen Feststoffteilchen, insbesondere von Rußpartikeln, eingeschaltet. Der Dieselmotor 2 wird über ein Einspritzsystem 4 mit dem zu seinem Betrieb notwendigen Kraftstoff versorgt. Zum Bevorraten des für den Betrieb des Dieselmotors 2 notwendigen Kraftstoffes dient ein Kraftstofftank 5.
Um eine Regeneration des Partikelfilters 3 auch bei Temperaturen unterhalb der unbeeinflussten Rußzündtemperatur durchführen zu können, ist dem Dieselmotor 2 eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnete Einrichtung zum Ermitteln der für die Durchführung einer Oxidation von auf dem Partikelfilter akkumulierten Rußpartikel bei bestimmten Bedingungen benötigten Additivierung zugeordnet. Diese Einrichtung 6 umfasst einen Rußzündtemperatursensor 7. Der Rußzündtemperatursensor 7 ist in Strömungsrichtung dem Partikelfilter 3 vorgeschaltet. Mit seinem Sensorkopf ragt dieser in den Abgasstrang 1. Angeschlossen ist der Rußzündtemperatursensor 7 an einen Controller 8 zum Auswerten der von dem Rußzündtemperatursensor 7 generierten Signale, zum Steuern des Sensors 7 und zum Ansteuern eines Additivdosiersystems 9. Angeschlossen an das Additivdosiersystem 9 ist der Ausgang eines Additivtanks 10 zum Bevorraten des für die Kraftstoffadditivierung benötigten Additivs. Bei diesem Additiv handelt es sich um ein solches, mit dem die Rußzündtemperatur herabgesetzt und/oder das Oxidationsverhalten der Rußpartikel verbessert wird. Über das Additivdosiersystem 9 wird entsprechend der von dem Controller 8 empfangenen Steuersignale Additiv dem Kraftstofftank 5 beigemengt, um auf diese Weise die Additivkonzentration in dem im Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoff zu erhöhen. Die Dosierung des Additivs erfolgt in die Kraftstoffrücklaufleitung hinein (nicht dargestellt), um auf diese Weise eine raschere und homogenere Vermischung des Additivs im Kraftstoff zu erwirken.
Bei dem in dem dargestellten Ausführungsbeispiel beschriebenen Rußzündtemperatursensor 7 handelt es sich um ein Widerstandsheizelement. Der Rußzündtemperatursensor 7 ist in einer schematisierten Darstellung in 2 gezeigt. Der Einfachheit halber ist der in Strömungsrichtung hinter dem Rußzündtemperatursensor 7 befindliche Partikelfilter 3 in 2 nicht abgebildet. Der Widerstandsheizdraht des Rußzündtemperatursensors 7 ist zum Ausbilden eines Rußfängers bei den dargestellten Ausführungsbeispiel durch mäanderförmiges Anordnen einzelner gerader Heizdrahtabschnitte, wie in 2 gezeigt, geformt. Dieser Teil des Rußzündtemperatursensors 7, der den eigentlichen Sensorkopf darstellt, ist angeschlossen an eine Spannungsquelle 11. Eingeschaltet in die Stromversorgungsleitung, mit der der Sensorkopf an die Spannungsquelle 11 angeschlossen ist, ist eine Schnittstelle 12, über die eine mikrocontrollergeschützte Ansteuerung der Bestromung des Rußzündtemperatursensors 7 erfolgt. In den Schaltkreis ist ferner eine Einrichtung zum Erfassen des Innenwiderstandes des Widerstandsheizdrahtes eingeschaltet. Diese Einrichtung ist in 2 mit dem Bezugszeichen 13 gekennzeichnet. Das Ausgangssignal der Einrichtung 13 beaufschlagt den Controller 8. Durch den Controller 8 wiederum ist das Potentiometer 12 angesteuert, wodurch über den Controller 8 die Bestromung des Rußzündtemperatursensors 7 und damit seine Erwärmung gesteuert und/oder geregelt wird.
Zum Überwachen der Additivkonzentration im Kraftstoff, welches im Zusammenhang dieser Ausführungen auch als Additivierung angesprochen wird, sammeln sich bei einem Betrieb des Dieselmotors 2 auf der von dem Abgas angeströmten Seite des Rußzündtemperatursensors 7 Rußpartikel an. Zum Bestimmen der Additivierung im Hinblick darauf, ob diese für die Rußoxidation unter den vorgesehenen Bedingungen ausreichend ist, wird – wie aus dem Flussdiagramm der 3 erkennbar – der Rußzündtemperatursensor 7 bestromt, so dass sich dieser erwärmt. Ist das den Sensor 7 anströmende Abgas relativ kühl, erfolgt das Erwärmen des Sen sors 7 mit einer ausreichend langsamen Erwärmungsgeschwindigkeit, damit ein Rußoxidationsprozess unbeeinflusst von anderen, unter Umständen auch den Beginn dieses Prozesses und den Verlauf dieses Prozesses einflussnehmenden Faktoren, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffablagerungen, ausgelöst werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Erwärmung des Rußzündtemperatursensors 7 bei einem kühlen Abgasstrom mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von etwa 3°C/sec. Während dieses Erwärmungsprozesses des Rußzündtemperatursensors 7 wird zumindest ein Parameter erfasst, mit dem der Beginn eines Rußoxidationsprozesses beobachtet werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Parameter zu diesem Zweck der Innenwiderstand des Rußzündtemperatursensors 7 durch die Einrichtung 13 beobachtet. Mit zunehmender Erwärmung des Rußzündtemperatursensors 7, bzw. seines durch die Heizdrahtanordnung gebildeten Sensorkopfes, steigt entsprechend der Kennlinie des Widerstandsheizdrahtes der Innenwiderstand an. Ist der Rußzündtemperatursensor 7 so weit erwärmt worden, dass der unmittelbar auf der Oberfläche des Widerstandsheizdrahtes anhaftende Ruß zu oxidieren beginnt, macht sich dieses in einer signifikanten Steigungsänderung des Innenwiderstandes des Heizdrahtes bemerkbar. Begründet ist dieses darin, dass ein Rußoxidationsprozess exotherm abläuft und die dadurch frei werdende Wärme den Heizdraht zusätzlich von außen erwärmt. Infolge dieser signifikanten Zusatzerwärmung des Widerstandsheizdrahtes erhöht sich der Innenwiderstand in Bezug auf die fortschreitende Erwärmung durch die Bestromung überproportional und damit signifikant, was sich in einem Diagramm, darstellend den zeitlichen Verlauf der Änderung des Innenwiderstandes in Form eines positiven Peaks, bemerkbar macht. 4a zeigt ein solches Verlaufsdiagramm, bei dem auf der y-Achse der Innenwiderstand (Ω) und der x-Achse die Zeit (t) aufgetragen sind. Deutlich erkennbar ist in diesem Diagramm der Zeitpunkt des Beginns der Bestromung des Rußzündtemperatursensors 7. Dieser Zeitpunkt ist in diesem Diagramm mit t₀ angegeben. Entsprechend dem Grad der Erwärmung erhöht sich ausgehend von dem Zeitpunkt t₀ sukzessive der Innenwiderstand des Sensors 7. Im Zeitpunkt t₁ ist diejenige Temperatur erreicht, die notwendig ist, um den Oxidationsprozess der auf dem Sensor 7 akkumulierten Rußpartikel auszulösen. Infolge der exothermen Reaktion erfolgt eine quasi sprunghafte und in jedem Fall signifikante Erhöhung des Innenwiderstandes, und zwar in einer Art und Weise, die nicht durch die fortschreitende, durch die Bestromung verursachte Erwärmung, zurückzuführen ist. Der Zeitpunkt t₁, der den Beginn der charakteristischen Steigungsänderung darstellt, definiert den Beginn des Rußoxidationsprozesses. Über den diesem Zeitpunkt t₁ zugeordneten Innenwiderstand kann anhand der Kennlinie des Widerstandsheizelementes des Rußzündtemperatursensors 7 die Temperatur des Heizdrahtes ermittelt werden. Diese stellt sodann die Rußzündtemperatur dar. Ausgewertet wird das Innenwiderstandssignal durch den Controller 8, dem ebenfalls ein Speicherglied zugeordnet ist, in dem die Kennlinie des Sensorkopfes des Rußzündtemperatursensors 7 hinterlegt ist. Durch den Controller 8 erfolgt anschließend ein Vergleich der ermittelten Rußzündtemperatur – der IST-Temperatur – mit der gewünschten Temperatur, bei der ein Rußabbrand auf dem Partikelfilter 3 vorgesehen ist – der SOLL-Temperatur. Ist die IST-Temperatur höher als die SOLL-Temperatur wird über den Controller 8 das Additivdosiersystem 9 zum Einbringen von Additiv in den Kraftstofftank 5 angesteuert. Die dem Kraftstofftank 5 zugegebene Additivmenge bestimmt sich anhand der ermittelten Temperaturdifferenz. Ebenfalls kann vorgesehen sein, bei Detektieren einer zu geringen Additivierung des Kraftstoffes in diskreten einzelnen Schritten Additiv dem Kraftstoff beizumengen, um dadurch die Additivkonzentration schrittweise zu erhöhen und nach jedem Schritt die Rußzündtemperatur erneut zu bestimmen, wobei dieses Verfahren so lange durchgeführt wird, bis die gewünschte Additivierung erreicht ist.
Gleichzeitig oder auch unabhängig von einer Bestimmung der Rußzündtemperatur, wie vorbeschrieben, kann nach Definieren des Beginns der signifikanten Steigungsänderung die Dauer des Rußoxidationsprozesses über den erfassten Parameter – hier: den Innenwiderstand – beobachtet werden. Ist der auf dem Rußzündtemperatursensor 7 akkumulierte Ruß oxidiert, wird dem Heizdraht keine Wärme mehr von außen zugeführt, so dass die Änderung des Innenwiderstandes dann nur noch durch die Bestromungsparameter bestimmt wird. In dem Diagramm der 4a ist das Ende des die exotherme Energie bereitstellende Rußoxidationsprozesses im Zeitpunkt t₂ beendet. Die an dem Zeitpunkt t₂ anschließende Steigung der Kurve entspricht derjenigen vor dem Zeitpunkt t₁. Damit erfolgt eine Änderung des Innenwiderstandes nach dem Rußabbrand nur noch entsprechend der sich ändernden Bestromungsparameter. Die auf diese Weise ermittelte Dauer des Rußoxidationsprozesses vermag ebenfalls Aufschluss über die Additivierung des Kraftstoffes zu geben. Ist die Dauer eines solchen Rußoxidationsprozesses kurz, liegt eine den Anforderungen entsprechende Additivierung des Kraftstoffes vor.
Die Diagramme der 4a bis 4d wurden in einem Versuchsaufbau gemessen, wobei auf dem Rußzündtemperatursensor 7 einerseits Ruß, ausgestoßen durch eine mit additivierten Kraftstoff betriebene Dieselbrennkraftmaschine (4a, 4b) und andererseits Ruß, ausgestoßen von der mit nicht additiviertem Kraftstoff betriebenen Dieselbrennkraftmaschinen (4c, 4d) abgelagert ist. Ein Vergleich der Innenwiderstandsverlaufskurven der 4a, 4b mit den Verlaufskurven der 4c, 4d zeigt deutlich, dass bei nicht additiviertem Kraftstoff der Rußoxidationsprozess langsamer abläuft und daher das Zeitintervall zwischen t₁ und t₂ größer ist. Daher kann in Abhängigkeit von der Dauer des Rußoxidationsprozesses ein Rückschluss auf die Additivierung erfolgen.
Überdies ist zu beobachten, dass der Rußoxidationsprozess bei nicht additiviertem Ruß weniger gleichmäßig abläuft, wie dieses an dem absteigenden Ast der Innenwiderstandsverlaufskurve nach dem Zeitpunkt t₁ in den Diagrammen der 4c und 4d im Vergleich zu den Diagrammen der 4a und 4b zu erkennen ist. Wird neben der Dauer des Rußoxidationsprozesses auch der Verlauf des Innenwiderstandes beobachtet, lässt dieser ebenfalls Rückschlüsse über die Qualität der Additivierung des Kraftstoffes zu.
Ist die Dauer der durch den Rußabbrand hervorgerufenen signifikanten Änderung des beobachteten Parameters – hier: Innenwiderstand des Rußzündtemperatursensors 7 – bestimmt, wenn die Auswertung von dem Controller 8 vorgenommen wird, wird der ermittelte Wert (IST-Dauer) mit einer SOLL-Dauer verglichen. In Abhängigkeit von dem ermittelten Ergebnis erfolgt gegebenenfalls eine Adaption der Additivierung, wie vorbeschrieben.
Mit dem vorbeschriebenen Verfahren wurde beispielhaft die Additivkonzentration des Kraftstoffes in dem Kraftstofftank adaptiert, um die Additivierung an die bei einem Tankvorgang in den Kraftstofftank aufgenom mene Kraftstoffmenge anzupassen.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, eine Additivierung unmittelbar in die Kraftstoffzuführleitung hinein vorzunehmen, da dann grundsätzlich eine Additivkonzentrationserhöhung als auch eine Additivkonzentrationsreduzierung des dem Dieselmotor 2 zugeführten Kraftstoffes möglich ist. Bei einer solchen Ausgestaltung handelt es sich um ein Verfahren zum Regeln der Additivkonzentration des dem Dieselmotor 2 zugeführten Kraftstoffes. Mit einer solchen Maßnahme können auch Schwankungen der Rußzündtemperatur, bedingt durch unterschiedliche Betriebszustände des Dieselmotors, ausgeglichen werden.
1 zeigt die Einrichtung 6 in ihrer einfachsten Ausgestaltung. Zweckmäßig ist eine Weiterbildung, bei der innerhalb des Abgasstranges im Bereich des Rußzündtemperatursensors 7 Referenzwerte gewonnen werden, wie beispielsweise die Abgastemperatur. Gleichfalls ist es möglich, ergänzend oder auch unabhängig hiervon einen oder mehrere weitere Rußzündtemperatursensoren anzuordnen, die wechselweise zum Bestimmen der Rußzündtemperatur betrieben werden. Es können dann die Messintervalle kürzer gewählt werden. Gleichfalls ist es möglich, einen baugleichen Rußzündtemperatursensor innerhalb des Abgasstranges anzuordnen, und zwar dergestalt, dass auf diesem kein Ruß akkumuliert. Dieser Referenz-Rußzündtemperatursensor wird parallel zu dem den Ruß einfangenden Sensor bei einer Erwärmung desselben betrieben. Auf diese Weise können auf dem beobachteten Parameter einflussnehmende Störfaktoren, die nicht auf die sukzessive Erwärmung des Sensors zurückzuführen sind, erkannt und bewertet werden und sodann in die Auswertung einfließen.
Das beschriebene Verfahren eignet sich auch zum Einsatz im Rahmen eines Verfahrens zum Bestimmen des Regenerationszeitpunktes des Partikelfilters.

1: Abgasstrang
2: Motor
3: Partikelfilter
4: Einspritzsystem
5: Kraftstofftank
6: Einrichtung
7: Rußzündtemperatursensor
8: Controller
9: Additivdosiersystem
10: Additivtank
11: Spannungsquelle
12: Schnittstelle
13: Einrichtung

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer für eine Additiv gestützte Oxidation von in dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (2) enthaltenen, auf einem Partikelfilter (3) aufgefangenen Rußpartikeln benötigten Additivierung mit folgenden Schritten: – Sammeln von im Abgasstrom transportierten Rußpartikeln auf einem Sensor (7), – Erfassen des Vorgangs eines Oxidationsprozesses der auf dem Sensor (7) akkumulierten Rußpartikel und – Bestimmen der Temperatur, bei der der Oxidationsprozess der Rußpartikel begonnen hat, und/oder Bestimmen der Dauer des beobachteten Rußoxidationsprozesses.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Sensor (7) akkumulierten Rußpartikel soweit erwärmt werden, dass ein Oxidationsprozess der Rußpartikel aktiv ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Schritt des Erfassens des Vorganges eines Oxidationsprozesses der Beginn dieses Vorganges bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammeln von Rußpartikeln bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärts des Partikelfilters (3) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (7) ein elektrisches Heizelement verwendet wird oder dieser ein solches umfasst, das zum Auslösen eines Oxidationsprozesses der auf dem Sensor (7) akkumulierten Rußpartikel bestromt wird, und die Detektion einer Änderung eines oder mehrerer Parameter des Heizelementes während des Erwärmungsprozesses, die nicht auf den fortschreitenden Erwärmungsprozess zurückzuführen sind, den Beginn eines Oxidationspro zesses der Rußpartikel signalisiert und die in diesem Zeitpunkt erfasste oder die diesem Zeitpunkt zugeordnete Temperatur die für den Beginn einer Rußoxidation benötigte Temperatur darstellt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter zum Erfassen des Beginns eines Rußoxidationsprozesses der Innenwiderstand des Heizelements beobachtet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Änderung des oder der beobachteten Parameter, die nicht auf den fortschreitenden Erwärmungsprozess zurückzuführen sind, erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen eines Oxidationsprozesses die Rußpartikel in den Abstandsraum zweier voneinander beabstandeter Elektroden gesammelt werden, dass die Leitfähigkeit zwischen den beiden Elektroden gemessen wird und eine Änderung der Leitfähigkeit, die nicht auf eine fortschreitende Akkumulation von Rußpartikeln zurückzuführen ist, den Beginn eines Oxidationsprozesses der Rußpartikel signalisiert und die in diesem Zeitpunkt erfasste oder die diesem Zeitpunkt zugeordnete Temperatur die für den Beginn einer Rußoxidation benötigte Temperatur darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in ein Verfahren zur Regelung und/oder zur Überwachung und/oder Adaption der Konzentration des einer Brennkraftmaschine (2) in dem zugeführten Kraftstoff enthaltenen Additivs implementiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der ermittelten IST-Rußoxidationstemperatur die zum Erzielen einer SOLL-Rußoxidationstemperatur benötigte Additivmenge, bezogen auf ein bestimmtes Kraftstoffvolumen, berechnet und die Additivkonzentration des Kraftstoffes in dem Kraftstofftank (5) oder in der Kraftstoffzufuhr angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der ermittelten IST-Dauer des Rußoxidationsprozesses die zum Erzielen einer SOLL-Dauer des Rußoxidationsprozesses benötigte Additivmenge, bezogen auf ein bestimmtes Kraftstoffvolumen, berechnet und die Additivkonzentration des Kraftstoffes in dem Kraftstofftank (5) oder in der Kraftstoffzufuhr angepasst wird.
Sensor (7) zum Erfassen der zum Auslösen einer Oxidation von aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine aufgefangenen Rußpartikeln benötigten Temperatur, umfassend ein elektrisches Heizelement sowie eine Einrichtung zum Erfassen und Überwachen eines oder mehrerer Parameter des Heizelements während seiner Bestromung zur Detektion eines Rußoxidationsprozesses.
Sensor (7) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement ein Widerstandsheizelement mit einem Heizdraht ist, dessen Oberfläche zum Sammeln von Rußpartikeln dient.
Einrichtung zum Erfassen der zum Auslösen einer Oxidation von von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen und aufgefangenen Rußpartikeln benötigten Temperatur mit einem Sensor (7) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung ein Temperatursensor zum Erfassen der Abgastemperatur zugeordnet ist.
Einrichtung zum Erfassen der zum Auslösen einer Oxidation von von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen und aufgefangenen Rußpartikeln benötigten Temperatur mit einem Sensor (7) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung wenigstens einen Referenzsensor umfasst, der aufgebaut ist wie der zum Auslösen einer Rußoxidation eingesetzte Sensor (7), jedoch dergestalt angeordnet ist, dass auf dessen Oberfläche keine Rußakkumulation stattfindet.
Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen oder mehrere weitere Sensor (7) en zum Auslösen eines Oxidationsprozesses der darauf akkumulierten Rußpartikel umfasst, die wechselweise zum Bestimmen der Kraftstoffadditivierung bestromt werden.