DE102008000602B4

DE102008000602B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102008000602B4
Application number: DE102008000602.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Post; Andreas Nagel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: FR2928690B1; FR2928690A1; CN101532418B; CN101532418A; DE102008000602A1; US8783021B2; US20090229255A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), in deren Abgasbereich (13) ein Partikelfilter (14) angeordnet ist, das zyklisch mit Partikeln beladen und thermisch regeneriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abschalten der Brennkraftmaschine (10) überprüft wird, ob eine exotherme Reaktion im Partikelfilter (14) stattfindet und dass bei einer stattfindenden exothermen Reaktion eine Klappe (12) geschlossen wird, die eine Strömung (15) durch das Partikelfilter (14) unterbindet, wobei die Klappe (12) wieder geöffnet wird, wenn das Maß für die Temperatur (te) im Abgasbereich (13) einen Temperatur-Schwellenwert (te_Lim2) unterschreitet.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich ein Partikelfilter angeordnet ist, und von einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Steuergerätprogramm sowie ein Steuergerät- Programmprodukt.
Stand der Technik
In der DE 199 06 287 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine beschrieben, das bei Bedarf regeneriert wird. Ohne eine Konditionierung der Partikel oxidieren die Partikel ab einer Temperatur von etwa 550 °C. Die erforderliche Partikel-Zündtemperatur kann mit einem Reagenzmittel, beispielsweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe, erreicht werden, das in den Abgasbereich der Brennkraftmaschine eingebracht wird, an einer katalytisch wirkenden Oberfläche exotherm reagiert und damit die Abgastemperatur stromaufwärts vor dem Partikelfilter erhöht.
In bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine kann der Fall eintreten, dass die Regeneration aufgrund eines erhöhten Sauerstoffgehalts des Abgases unkontrolliert schnell abläuft. Aufgrund der stark exothermen Oxidation der Partikel kann es zu einem unzulässig hohen Temperaturanstieg im Partikelfilter kommen. Zur Vermeidung eines solchen Zustands ist in der DE 103 33 441 A1 vorgeschlagen worden, die Partikel-Abbrandgeschwindigkeit mittels des Abgaslambdas zu beeinflussen. Vorgegeben wird ein Sollwert für ein Lambdasignal oder ein Sollwert für eine Änderung des Lambdasignals, der mit dem gemessenen Abgas-Lambda verglichen wird. In Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Soll- und Istwert wird ein Ansteuersignal für ein Stellelement bereitgestellt, das die Sauerstoffkonzentration im Abgas beeinflusst. Als Stellelement kann beispielsweise ein Abgasrückführventil, eine Drosselklappe usw. vorgesehen sein.
In der DE 101 08 720 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei in einem Abgasbereich der Brennkraftmaschine ein Partikelfilter angeordnet ist, das regelmäßig regeneriert wird. Ausgehend von einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine und/oder des Partikelfilters wird eine Kenngröße bestimmt, welche ein Maß für die Intensität der exothermen Reaktion im Partikelfilter während der Regeneration widerspiegelt. Wenn die Intensitäts-Kenngröße einen Schwellenwert überschreitet, werden Maßnahmen zur Verminderung der Sauerstoffkonzentration im Abgas getroffen, um die Partikel-Abbrandgeschwindigkeit zu vermindern.
In der DE 199 06 287 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgasbereich ein Partikelfilter angeordnet ist. Die Temperaturerhöhung zum Starten der Regeneration des Partikelfilters wird mit einem Reagenzmittel erreicht, das in den Abgasbereich der Brennkraftmaschine stromaufwärts vor das Partikelfilter eingebracht wird. Als Reagenzmittel ist Kraftstoff vorgesehen, der im Abgasbereich exotherm, beispielsweise auf einer katalytisch wirksamen Oberfläche eines Katalysators, reagiert. Der Kraftstoff gelangt durch ein Verstellen des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts, die zu einer unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs führt, in den Abgasbereich.
Die Einbringung von Kraftstoff in den Abgasbereich der Brennkraftmaschine kann gemäß der DE 10 2004 033 414 A1 alternativ oder zusätzlich zur Verstellung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts durch wenigstens eine Kraftstoff-Nacheinspritzung eingebracht werden. Vorgesehen sind wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite Kraftstoff-Nacheinspritzung. Bei der ersten Kraftstoff-Nacheinspritzung handelt es sich um eine an die Kraftstoff-Haupteinspritzung angelagerte Kraftstoff-Nacheinspritzung, bei welcher der eingespritzte Kraftstoff nur noch teilweise verbrennt, sodass unverbrannter Kraftstoff in den Abgasbereich gelangt. Bei der zweiten Kraftstoff-Nacheinspritzung handelt es sich um eine späte Kraftstoff-Nacheinspritzung, bei welcher der Kraftstoff nicht mehr verbrennt und weitgehend in den Abgasbereich gelangt.
Der Beladungszustand eines Partikelfilters kann beispielsweise gemäß der DE 199 06 287 A1 anhand der Bestimmung des am Partikelfilter auftretenden Differenzdrucks ermittelt werden.
In der DE 100 62 270 A1 ist ein Verfahren zum Regenerieren eines in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilters vorgeschlagen worden, bei welchem das Partikelfilter bei abgeschalteter Brennkraftmaschine regeneriert werden kann. Das Verfahren sieht vor, das Partikelfilter zum Erreichen der für die Regeneration erforderlichen Temperatur elektrisch zu beheizen. Da das bekannte Verfahren bei abgeschalteter Brennkraftmaschine durchgeführt wird, sind innermotorische Eingriffe zur Erhöhung der Abgastemperatur oder zum Einbringen eines Reagenzmittels in den Abgasbereich beziehungsweise separate Vorrichtungen zum Einbringen des Reagenzmittels in den Abgasbereich nicht erforderlich.
Die EP 1 582 721 A2 offenbart ein Steuerverfahren für ein Abgasreinigungssystem mit einem Dieselpartikelfilter.
Die JP 2006 - 274 979 A betrifft eine Abgasemissionssteuervorrichtung, die in der Lage ist, die Zwangsregeneration eines Partikelfilters effizient durchzuführen, indem das Absenken der Temperatur des Partikelfilters unterdrückt wird, wenn ein Motor gestoppt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich ein Partikelfilter angeordnet ist, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die eine Überhitzung des Partikelfilters nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine vermeiden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich ein Partikelfilter angeordnet ist, das zyklisch mit Partikeln beladen und thermisch regeneriert wird.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise sieht vor, dass beim Abschalten der Brennkraftmaschine überprüft wird, ob eine exotherme Reaktion im Partikelfilter stattfindet und dass bei einer stattfindenden exothermen Reaktion eine Klappe geschlossen wird, die eine Strömung durch das Partikelfilter unterbindet.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs weist den Vorteil auf, dass die Brennkraftmaschine ohne die Gefahr einer anschließenden Überhitzung des Partikelfilters abgeschaltet werden kann.
Das Schließen der Klappe unterbindet eine Strömung im Partikelfilter und somit eine gegebenenfalls mögliche Sauerstoffzufuhr, die eine im Partikelfilter stattfindende exotherme Reaktion weiter anfachen und zu einer Überhitzung des Partikelfilters führen könnte.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die exotherme Reaktion im Partikelfilter dadurch erkannt wird, dass ein Regenerationsvorgang des Partikelfilters stattfindet.
Eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung sieht eine Überprüfung vor, ob zumindest ein Maß für die Temperatur im und/oder stromaufwärts und/oder stromabwärts des Partikelfilters einen Temperatur-Schwellenwert überschreitet.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Klappe wieder geöffnet wird, wenn das Maß für die Temperatur einen Temperatur-Schwellenwert unterschreitet. Dieser Temperatur-Schwellenwert kann von dem Temperatur-Schwellenwert abweichen, bei dessen Überschreitung die Klappe geschlossen wird.
Eine Ausgestaltung, die zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein kann, sieht vor, dass die Klappe wieder geöffnet wird, wenn nach dem Schließen der Klappe eine Zeitdauer abgelaufen ist.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass nach dem Schließen der Klappe ein Steuergerät-Nachlauf durch Abschalten der Energieversorgung des Steuergeräts beendet wird. Die Aufrechterhaltung der Energieversorgung des Steuergeräts nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine, die erforderlich ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können, wird mit dieser Maßnahme beendet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens betrifft zunächst ein speziell hergerichtetes Steuergerät, das Mittel zur Durchführung des Verfahrens enthält.
Als Klappe kann vorzugsweise eine im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe eingesetzt werden.
Das Steuergerät enthält vorzugsweise wenigstens einen elektrischen Speicher, in welchem die Verfahrensschritte als Steuergerätprogramm abgelegt sind.
Das erfindungsgemäße Steuergerätprogramm sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn es in einem Steuergerät abläuft.
Das erfindungsgemäße Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode führt das erfindungsgemäße Verfahren aus, wenn das Programm in einem Steuergerät abläuft.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Figurenliste

Die Figur zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren abläuft, sowie ein Ablaufdiagramm.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Figur zeigt eine Brennkraftmaschine 10, in deren Ansaugbereich 11 eine Klappe 12 und in deren Abgasbereich 13 ein Partikelfilter 14 angeordnet sind. Im Abgasbereich 13 tritt ein Abgasstrom ms_Abg auf. Weiterhin tritt im Abgasbereich 13 eine Temperatur te auf.
Ein Brennkraftmaschinen-Betriebsschalter 20 stellt einem Steuergerät 21 ein Schaltsignal 22 zur Verfügung. Das Steuergerät 21 stellt der Klappe 12 ein Klappensignal Dr zur Verfügung.
Das Steuergerät 21 enthält einen Steuergerät-Energieversorgungsschalter 23, der die Energieversorgung des Steuergeräts 21 einschaltet oder abschaltet.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des im Steuergerät 21 gezeigten Ablaufdiagramms näher erläutert:

In einer ersten Abfrage 30 wird überprüft, ob die Brennkraftmaschine 10 abgeschaltet wird. Die Überprüfung erfolgt anhand des Schaltsignals 22, welches der Brennkraftmaschinen-Betriebsschalter 20 zur Verfügung stellt. Der Brennkraftmaschinen-Betriebsschalter 20 ist im Allgemeinen ein mit einem Zündschlüssel mechanisch oder elektronisch betätigter Schalter zur Inbetriebnahme oder zum Abstellen der Brennkraftmaschine 10.

Wenn in der ersten Abfrage 30 festgestellt wird, dass die Brennkraftmaschine abgeschaltet werden soll, wird in einer zweiten Abfrage 31 überprüft, ob im Partikelfilter 14 eine exotherme Reaktion stattfindet. Eine solche exotherme Reaktion findet statt, wenn das Partikelfilter 14 regeneriert wird. Bei der Regeneration des Partikelfilters 14 werden die im Partikelfilter 14 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 eingelagerten Partikel verbrannt. Die Verbrennung erfolgt durch eine Oxidation der Partikel mit dem im Abgasstrom ms_Abg vorhandenen Sauerstoff. Zum Starten der Regeneration ist eine erhöhte Temperatur des Abgasstromes ms_Abg stromaufwärts vor dem Partikelfilter 14 erforderlich, die ohne weitere Konditionierung der Abgaspartikel bei ungefähr 550°C liegt. Nach dem Start der Regeneration des Partikelfilters 14 kann aufgrund des Wärmeverlusts durch den Abgasstrom ms_Abg und der Wärmestrahlung sowie der Wärmekonvektion trotz der exotherm ablaufenden Reaktion eine weitere Beheizung des Partikelfilters 14 erforderlich sein. Maßnahmen zur Durchführung der Regeneration sind im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 kann durch den gezielt vorgegebenen Betrieb der Brennkraftmaschine 10, insbesondere durch Einstellung des Abgaslambdas und der Temperatur des Abgasstromes ms_Abg stromaufwärts vor dem Partikelfilter 14 die Regeneration des Partikelfilters 14 derart beeinflusst werden, dass eine Überhitzung durch ein Überangebot von Sauerstoff vermieden wird.
Nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 10 können jedoch Situationen auftreten, in denen mit einem Anstieg der Sauerstoffkonzentration im Partikelfilter 14 gerechnet werden muss.
Die Verbrennung in der Brennkraftmaschine 10 wird im Allgemeinen durch Ventile gesteuert, die in der Figur nicht näher gezeigt sind. Nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 10 können die Ventile in einer Position stehen bleiben, bei denen in einem oder an mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine eine Ventilüberschneidung auftritt, bei der ein Einlassventil und ein Auslassventil gleichzeitig geöffnet sind. Sofern gleichzeitig die Klappe 12, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als eine im Ansaugbereich 11 der Brennkraftmaschine 10 angeordneten Drosselklappe realisiert ist, geöffnet wird, liegt ein durchgängig offener Kanal zwischen dem Ansaugbereich 11 und dem hinteren Ende des Abgasbereichs 13 vor, so dass es kann im Partikelfilter 14 zu einer Strömung 15 kommen kann. Die Strömung 15 im Partikelfilter 14 wird durch das aufgeheizte Partikelfilter 14 begünstigt. Es kann ein Kamineffekt auftreten, bei welchem insbesondere Umgebungsluft vom Ende des Abgasbereichs 13 angesaugt wird. Aufgrund des hohen Sauerstoffanteils und der vergleichsweise geringen Strömung 15 kann die thermische Reaktion (Oxidation) der eingelagerten Partikel derart heftig werden, dass eine thermische Schädigung des Partikelfilters 14 nicht mehr ausgeschlossen werden kann.
Wenn in einer zweiten Abfrage 31 festgestellt wird, dass eine exotherme Reaktion im Partikelfilter 14 stattfindet, wird gemäß dem ersten Funktionsblock 32 die Klappe 12 geschlossen. Das Schließen der Klappe 12 verhindert die Strömung 15 im Partikelfilter 14. Prinzipiell könnte die Klappe 12 im Abgasbereich 13 stromabwärts nach oder stromaufwärts vor dem Partikelfilter 14 angeordnet sein. Sofern eine solche Abgasklappe vorhanden ist, kann diese Klappe 12 zum Schließen herangezogen werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Klappe 12 als eine im Ansaugbereich 11 der Brennkraftmaschine 12 angeordnete Drosselklappe realisiert ist. Der erste Funktionsblock 32 veranlasst die Bereitstellung des Klappensignals Dr, mit dem die Klappe 12 geschlossen wird.
Eine stattfindende exotherme Reaktion im Partikelfilter 14 liegt beispielsweise vor, wenn das Partikelfilter 14 regeneriert wird. In diesem Fall wird in der zweiten Abfrage 31 überprüft, ob ein solcher Regenerationsvorgang gerade stattfindet oder ob ein derartiger Regenerationsvorgang kurz zuvor beendet wurde, sodass noch mit einer exothermen Reaktion im Partikelfilter 14 gerechnet werden muss.
Zusätzlich oder alternativ kann eine Überprüfung in der dritten Abfrage 32 vorgesehen sein, wobei das Maß für die Temperatur te mit einem Temperatur-Schwellenwert te_Lim1 verglichen wird. Das Maß für die Temperatur te kann als Maß für die Temperatur im Partikelfilter 14 und/oder stromaufwärts vor dem Partikelfilter 14 und/oder stromabwärts nach dem Partikelfilter 14 erfasst werden. Vorzugsweise wird das Maß für die Temperatur te anhand von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine 10 und/oder des Partikelfilters 14 und/oder Kenngrößen des Abgasstromes ms_Abg berechnet.
Sofern in der ersten und/oder zweiten Abfrage 31, 32 festgestellt wurde, dass eine exotherme Reaktion im Partikelfilter stattfindet, veranlasst der erste Funktionsblock 33 ein Schließen der Klappe 12. Mit dieser Maßnahme wird die Strömung 15 im Partikelfilter 14 und dadurch ein möglicher Sauerstoffeintrag zuverlässig verhindert. Prinzipiell kann damit das erfindungsgemäß vorgesehene Verfahren als abgeschlossen betrachtet werden.
Vorzugsweise legt anschließend ein zweiter Funktionsblock 34 ein Öffnen eines Steuergerät-Energieversorgungsschalters 24 fest, wodurch der Steuergerät-Nachlauf beendet wird.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Klappe 12 gemäß der Vorgabe eines dritten Funktionsblocks 35 wieder geöffnet wird. Das Öffnen kann beispielsweise veranlasst werden, wenn das Maß für die Temperatur te einen Temperatur-Schwellenwert te_Lim2 unterschreitet. Der Vergleich der Temperatur te mit dem Temperatur-Schwellenwert te_Lim2 findet in der vierten Abfrage 36 statt. Der Temperatur-Schwellenwert te_Lim2 kann vom anderen Temperatur-Schwellenwert te_Lim1, oberhalb dessen die Klappe 12 geschlossen wird, abweichen.
Alternativ oder zusätzlich kann gemäß der fünften Abfrage 37 eine Überprüfung vorgesehen sein, ob eine Zeitdauer ti_Lim abgelaufen ist während welcher die Klappe 12 geschlossen ist. Wenn die Zeit ti die Zeitdauer ti_Lim überschreitet, wird die Klappe 12 wieder geöffnet.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), in deren Abgasbereich (13) ein Partikelfilter (14) angeordnet ist, das zyklisch mit Partikeln beladen und thermisch regeneriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abschalten der Brennkraftmaschine (10) überprüft wird, ob eine exotherme Reaktion im Partikelfilter (14) stattfindet und dass bei einer stattfindenden exothermen Reaktion eine Klappe (12) geschlossen wird, die eine Strömung (15) durch das Partikelfilter (14) unterbindet, wobei die Klappe (12) wieder geöffnet wird, wenn das Maß für die Temperatur (te) im Abgasbereich (13) einen Temperatur-Schwellenwert (te_Lim2) unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine exotherme Reaktion im Partikelfilter (14) dadurch erkannt wird, dass eine Regeneration des Partikelfilters (14) stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine exotherme Reaktion im Partikelfilter (14) durch eine Überprüfung erkannt wird, ob ein Maß für die Temperatur (te) im Abgasbereich (13) einen Temperatur-Schwellenwert (te_Lim1) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (12) wieder geöffnet wird, wenn nach dem Schließen der Klappe (12) eine Zeitdauer (ti_Lim) abgelaufen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Schließen der Klappe (12) ein Steuergerät-Nachlauf beendet wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 speziell hergerichtetes Steuergerät (21) vorgesehen ist, wobei die Klappe (12) wieder geöffnet wird, wenn das Maß für die Temperatur (te) im Abgasbereich (13) einen Temperatur-Schwellenwert (te_Lim2) unterschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Klappe (12) eine im Ansaugbereich (11) der Brennkraftmaschine (10) angeordnete Drosselklappe vorgesehen ist.
Steuergerätprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführt, wenn das Programm in einem Steuergerät (21) abläuft.
Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenn das Programm in einem Steuergerät (21) ausgeführt wird.