-
Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Regenerieren eines in
einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilters und
von einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
-
Gegenstand
der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie
ein Computer-Programmprodukt.
-
Stand der Technik
-
In
der
DE 10 2006
010 095 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem die
von einer selbstzündenden Brennkraftmaschine angesaugte
Verbrennungsluft über eine Drosselklappe geführt
wird. Die Drosselklappe sowie eine Abgasrückführung werden
während der Regeneration eines im Abgasbereich der Brennkraftmaschine
angeordneten Partikelfilters in der Weise in einer vordefinierten
Reihenfolge angesteuert, dass eine Überhitzung des Partikelfilters
vermieden wird.
-
In
der
DE 102 34 092
A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem die Sauerstoffzufuhr
zu einem in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten
Partikelfilter, welches gerade regeneriert wird, in Abhängigkeit
von einem im Abgasbereich gemessenen Abgaslambda erfolgt, welches
unter anderem mit einer Drosselklappe beeinflusst werden kann.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regenerieren
eines in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilters
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
anzugeben, die insbesondere einen zuverlässigen Betrieb
der Brennkraftmaschine sicherstellen.
-
Die
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen
angegebenen Merkmalen jeweils gelöst.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Regenerieren
eines in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten
Partikelfilters, wobei während der Regeneration zumindest
zeitweise eine Drosselung der Ansaugluft sowie eine Erfassung des
Ansaugluftdruck vorgesehen sind, zeichnet sich dadurch aus, dass
der Ansaugluftdruck mit einem unteren Ansaugluftdruck-Schwellenwert
verglichen und bei einer Unterschreitung des Ansaugluftdruck-Schwellenwerts
die Drosselung der Ansaugluft vermindert wird.
-
Zur
Regeneration des Partikelfilters ist eine Mindesttemperatur im Partikelfilter
erforderlich, damit die eingelagerten Partikel oxidieren können.
Eine Maßnahme zur Erhöhung beispielsweise der
Abgastemperatur sieht die Drosselung der von der Brennkraftmaschine
angesaugten Luft vor, um den Abgas-Massenstrom zu verkleinern. Durch
die Drosselung der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft kann
in den Brennräumen der Zylinder der Brennkraftmaschine
ein Unterdruck bezogen auf den Atmosphärendruck auftreten.
Ein Unterdruck kann dazu führen, dass Öl an den
Kolbenringen der Zylinder vorbei vom Kurbelgehäuse der
Brennkraftmaschine in den Brennraum gesaugt wird.
-
Das Ölansaugen
sollte vermieden werden, damit kein zusätzlich brennbares
Material in den Brennraum gelangt, welches messtechnisch nicht erfasst
ist. Denn das Öl kann zusätzlich zum Kraftstoff entzündet
werden, wodurch sich der Explosionsdruck gegenüber einem
erwarteten und spezifizierten Wert unkontrolliert erhöhen
kann. Daneben gibt es weitere Gründe, dass Ölansaugen
zu vermeiden, beispielsweise um den Ölverbrauch über
die Zeit in Grenzen zu halten.
-
Das Ölansaugen
tritt in Abhängigkeit vom Unterdruck im Brennraum auf.
Prinzipiell kann der Ansaugluftdruck bei einer bekannten Drosselklappenstellung
in Verbindung mit einem von einem Ansaugluftsensor erfassten Luftmassen-
oder Luftmengenstrom berechnet und damit ohne weitere zusätzliche
Maßnahmen durch eine Vergrößerung der Drosselklappenöffnung
auf einen betragsmäßig höchstzulässigen
unteren Wert begrenzt werden. In der Praxis muss jedoch mit einem
Fehler des vom Ansaugluftsensor bereitgestellten Ansaugluft-Sensorsignals
insbesondere aufgrund von einer Drift des Ansaugluftsensors gerechnet
werden.
-
An
dieser Stelle setzt die erfindungsgemäße Vorgehensweise
dadurch an, dass die Gefahr des Ölansaugens aufgrund des
Unterdrucks im Brennraum der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine während
der Regeneration des Partikelfilters vorsorglich auf ein betragsmäßig
unteres Höchstmaß begrenzt wird. Da die gegebenenfalls
stattfindenden Ölansaugung messtechnisch nicht ohne Weiteres
direkt erfasst werden kann, sieht die erfindungsgemäße
Vorgehensweise die Begrenzung des Ansaugluftdrucks auf einen vorgegebenen
unteren Unterdruck-Schwellenwert vor, der experimentell im Rahmen
einer Applikation vom Hersteller der Brennkraftmaschine festgelegt
werden kann. Beim Unterschreiten des Unterdruck-Schwellenwerts wird
die Drosselung der Ansaugluft vermindert, wodurch der Unterdruck
vermindert wird.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
-
Eine
erste Ausgestaltung sieht vor, dass der Vergleich des Ansaugluftdrucks
mit dem Ansaugluftdruck-Schwellenwert während eines zumindest
quasistationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine
vorgenommen wird. Als quasistationärer Betriebszustand
eignet sich insbesondere der Leerlauf der Brennkraftmaschine, der
aufgrund der Drehzahl beziehungsweise des Lastzustands problemlos
identifiziert werden kann.
-
Eine
Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass der Vergleich
des Ansaugluftdrucks mit dem Ansaugluftdruck-Schwellenwert erst
nach einem Ablauf einer Verzögerungszeit vorgenommen wird,
nachdem die Brennkraftmaschine den quasistationären Betriebszustand,
insbesondere den Leerlauf, erreicht hat.
-
Eine
andere Ausgestaltung sieht vor, dass bei einer Unterschreitung des
unteren Ansaugluftdruck-Schwellenwerts mit einem ersten Korrektursignal
eine Erhöhung eines Ansaugluft-Sollwerts veranlasst wird.
-
Alternativ
oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass bei einer Unterschreitung
des unteren Ansaugluftdruck-Schwellenwerts mit einem zweiten Korrektursignal
in eine Sensorsignal-Aufbereitung eines von einem Ansaugluftsensor
bereitgestellten Ansaugluft-Sensorsignals eingegriffen werden.
-
Der
Eingriff durch das erste und/oder zweite Korrektursignal wird die
Drosselklappenöffnung vergrößert, sodass
der Unterdruck im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine stromabwärts
nach der Drosselklappe vermindert wird.
-
Eine
andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
sieht vor, dass die Anzahl der Unterschreitungen des unteren Ansaugluftdruck-Schwellenwerts
gezählt wird und dass das Zählergebnis in einen
Speicher hinterlegt wird. Der Speicher kann im Rahmen einer Wartung
der Brennkraftmaschine ausgelesen werden. Dadurch kann festgestellt
werden, dass ein kritischer Zustand, bei welchem die Gefahr des Ölansaugens
aufgetreten wäre, bereits mehrmals aufgetreten ist.
-
Zusätzlich
oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste und/oder zweite
Korrektursignal mit Korrektursignal-Schwellenwerten verglichen werden
und dass bei einer Überschreitung der Korrektursignal-Schwellenwerte
ein Fehlereintrag in den Speicher hinterlegt wird. Mit dieser Maßnahme
kann ebenfalls im Rahmen einer Wartung der Brennkraftmaschine anhand
eines Auslesens des Speicherinhalts festgestellt werden, dass eine
erhebliche Korrektur erforderlich war, die gegebenenfalls außerhalb der
Spezifikation liegt, sodass ein Austausch des Ansaugluftsensors
aufgrund einer unzulässigen Drift erfolgen kann.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Regenerieren
eines in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten
Partikelfilters, wobei eine Drosselung der Ansaugluft sowie eine
Erfassung des Ansaugluftdrucks vorgesehen sind, betrifft zunächst
ein speziell hergerichtetes Steuergerät, das Mittel zur
Durchführung des Verfahrens enthält.
-
Als
Mittel ist insbesondere eine Ansaugluft-Unterdruckbewertung vorgesehen,
welche den Ansaugluftdruck mit dem unteren Ansaugluftdruck-Schwellenwert
vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein
Schaltsignal bereitstellt, welches zu einer Vergrößerung
der Drosselklappenöffnung herangezogen werden kann, um
den Unterdruck betragsmäßig zu vermindern.
-
Das
Steuergerät enthält vorzugsweise wenigstens einen
elektrischen Speicher, in welchem die Verfahrensschritte als Steuergerätprogramm
abgelegt sind.
-
Das
erfindungsgemäße Computerprogramm sieht vor, dass
alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgeführt werden, wenn es auf einem Computer abläuft.
-
Das
erfindungsgemäße Computer-Programmprodukt mit
einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten
Programmcode führt das erfindungsgemäße
Verfahren aus, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
-
Kurzbeschreibung der Figur
-
Die
Figur zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes
Verfahren abläuft.
-
Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
Die
Figur zeigt eine Brennkraftmaschine 10, in deren Ansaugbereich 11 eine
Drosselklappe 12, ein Ansaugluftsensor 13 sowie
ein Ansaugluft-Drucksensor 14 angeordnet sind. Im Abgasbereich 15 der Brennkraftmaschine 10 ist
ein Partikelfilter 16 angeordnet. Die Brennkraftmaschine 10 enthält
wenigstens einen Zylinder, in welchem ein Kolben 20 bewegbar
angeordnet ist, der einen Brennraum 21 von einem Kurbelgehäuse 22 trennt.
Zur Abdichtung des Brennraums 21 vom Kurbelgehäuse 22 ist
ein Kolbenring 23 vorgesehen, der im Betrieb des Kolbens 20 an
einer Zylinder-Innenwand 24 gleitet. Trotz des Kolbenrings 23 kann
zwischen dem Kolbenring 23 und der Zylinder-Innenwand 24 eine Ölansaugung 25 vom
Kurbelgehäuse 22 zum Brennraum 21 auftreten.
-
Im
Ansaugbereich 11 tritt eine Ansaugluft m_L auf, die stromabwärts
nach der Drosselklappe 12 einen Ansaugluftdruck p_L aufweist.
Der Ansaugluftsensor 13 stellt einem Steuergerät 30 ein
Maß für die angesaugte Luftmasse oder Luftmenge
als Ansaugluft-Sensorsignal m_L_Mes und der Ansaugluft-Drucksensor 14 ein
Maß für den Ansaugluftdruck p_L stromabwärts
nach der Drosselklappe 12 als Ansaugluftdruck-Sensorsignal
p_L_Mes zur Verfügung. Das Steuergerät 30 stellt
der Drosselklappe 12 ein Drosselklappensignal dr zur Verfügung.
-
Das
Steuergerät 30 enthält eine Ansaugluft-Unterdruckbewertung 31,
welcher das Ansaugluftdruck-Sensorsignal p_L_Mes, ein unterer Ansaugluftdruck-Schwellenwert
p_L_Min, ein Leerlaufsignal LL und eine Verzögerungszeit
ti_VZ zur Verfügung gestellt werden. Die Ansaugluft-Unterdruckbewertung 31 stellt
ein Schaltsignal S einer Korrektursignal-Festlegung 32 zur
Verfügung, die ein Ereignissignal E einem Speicher 33 zur
Verfügung stellt und die ein erstes und zweites Korrektursignal
K1, K2 bereitstellt.
-
Das
Steuergerät 30 enthält weiterhin eine Partikelfilter-Regenerationssteuerung 34,
welche ein Regenerations-Anforderungssignal Reg einer Ansaugluft-Sollwertfestlegung 35 zur
Verfügung stellt, welche einen Ansaugluft-Sollwert m_L_Sol
einer Drosselklappen-Steuerung 36 zur Verfügung
stellt. Der Drosselklappen-Steuerung 36 wird weiterhin
ein modifiziertes Ansaugluft-Sensorsignal m_L_Mes_mod zur Verfügung
gestellt, welches eine Sensorsignal-Aufbereitung 37 in
Abhängigkeit vom Ansaugluft-Sensorsignal m_L_Mes bereitstellt.
Das erste Korrektursignal K1 wird der Ansaugluft-Sollwertfestlegung 35 und
das zweite Korrektursignal K2 der Sensorsignal-Aufbereitung 37 zur
Verfügung gestellt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren arbeitet folgendermaßen:
Im
normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird im Brennraum 21 der
Brennkraftmaschine 10 die Ansaugluft m_L zusammen mit dem
zur Verfügung gestellten Kraftstoff verbrannt. Bei der
Verbrennung können Partikel entstehen, welche im Parti kelfilter 16 gesammelt
werden. Eine Beeinflussung des Abgaslambdas ist durch eine Beeinflussung
der der Brennkraftmaschine 10 zur Verfügung gestellten
Kraftstoffmenge sowie durch eine Drosselung der Ansaugluft m_L mittels
der Drosselklappe 12 in Verbindung mit einem nicht näher
gezeigten, im Abgasbereich 15 angeordneten Lambdasensor
möglich.
-
Die
Partikelfilter-Regenerationssteuerung 34 ermittelt den
Beladungszustand des Partikelfilters 16 mit eingelagerten
Partikeln. Die Partikelfilter-Regenerationssteuerung 34 kann
den Beladungszustand des Partikelfilters 16 beispielsweise
aus wenigstens einer Kenngröße der Brennkraftmaschine 10 wie
beispielsweise die der Brennkraftmaschine 10 zugeführte
Kraftstoffmenge und Ansaugluft m_L sowie gegebenenfalls weiteren
Kenngrößen wie beispielsweise der Brennkraftmaschinen-Drehzahl
berechnen. Alternativ oder zusätzlich kann der Beladungszustand
des Partikelfilters 16 durch eine Ermittlung des am Partikelfilter 16 auftretenden
Differenzdrucks in Verbindung mit dem Abgasvolumenstrom ermittelt
werden.
-
Wenn
ein vorgegebener Beladungszustand des Partikelfilters 16 erreicht
ist, stellt die Partikelfilter-Regenerationssteuerung 34 das
Regenerations-Anforderungssignal Reg bereit. Das Regenerations-Anforderungssignal
Reg löst Vorgänge aus, welche während
der Regeneration zumindest zeitweise zur Erhöhung der Abgastemperatur
und/oder zumindest zeitweise zur Änderung der Zusammensetzung des
Abgases führen, wodurch beispielsweise eine katalytisch
unterstützte Oxidationsreaktion im Abgasbereich 15,
beispielsweise stromaufwärts vor dem Partikelfilter 16 und/oder
innerhalb des Partikelfilters 16 auftreten kann, wobei
das Partikelfilter 16 erwärmt wird, um die Zündtemperatur
der eingelagerten Partikel zu erreichen.
-
Eine
Maßnahme zur Erhöhung der Abgastemperatur besteht
darin, die Ansaugluft m_L mittels der Drosselklappe 12 während
der Regeneration des Partikelfilters 16 zumindest zeitweise
zu drosseln. Daher wird das Regenerations-Anforderungssignal Reg
der Ansaugluft-Sollwertfestlegung 35 zur Verfügung
gestellt, wodurch die Drosselklappenöffnung verringert
werden kann, sodass sich der Unterdruck betragsmäßig
abschwächt.
-
Die
Drosselung der Ansaugluft m_L wird vom Ansaugluftsensor 13 detektiert,
der das Ansaugluft-Sensorsignal m_L_Mes der Sensorsignal-Aufbereitung 37 zur
Verfügung stellt, die beispielsweise Mittel zur Korrektur
der Sensorkennlinie enthält. Das gegebenenfalls modifizierte
Ansaugluft-Sensorsignal m_L_Mes_mod wird in der Drosselklappen-Steuerung 36 mit
dem Ansaugluft-Sollwert m_L_Sol verglichen. In Abhängigkeit
vom Vergleich wird vorzugsweise im Rahmen einer Regelung das Drosselklappensignal
dr festgelegt und die Drosselklappe 12 entsprechend angesteuert.
-
Aufgrund
des im Ansaugbereich 11 stromabwärts nach der
Drosselklappe 12 auftretenden Unterdrucks bezogen auf Atmosphärenluftdruck
der Ansaugluft m_L, der auch im Brennraum der Brennkraftmaschine 21,
insbesondere bei geringen Lastzuständen auftritt, kann
ein Ölansaugen 25 vom Kurbelgehäuse 22 zum
Brennraum 21 entlang der Zylinder-Innenwand 24 vorbei
an den Kolbenringen 23 auftreten.
-
Das Ölansaugen 25 sollte
vermieden werden, damit beispielsweise kein zusätzlich
brennbares Material in den Brennraum 21 gelangt, welches messtechnisch
nicht erfasst ist. Das Ölansaugen 25 tritt in
Abhängigkeit vom Unterdruck auf. Prinzipiell kann der Ansaugluftdruck
p_L bei bekanntem Drosselklappensignal dr in Verbindung mit dem
Ansaugluft-Sensorsignal m_L_Mes berechnet und damit ohne weitere
zusätzliche Maßnahmen mittels des Drosselklappensignals
dr auf einen höchstzulässigen unteren Wert begrenzt
werden. In der Praxis muss jedoch mit einem Fehler des vom Ansaugluftsensor 13 bereitgestellten
Ansaugluft-Sensorsignals m_L_Mes insbesondere aufgrund einer Drift
des Ansaugluftsensors 13 gerechnet werden. Ein solcher
Messfehler oder eine Drift spielen im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 10 keine
Rolle, weil die nicht näher beschriebene Lambdaregelung
den Fehler berücksichtigen und ausregeln kann. Wenn jedoch
der Ansaugluftdruck p_L als einzige Kenngröße
ohne die Möglichkeit einer Korrektur bewertet und weiterverwendet
wird, kann der Sensorfehler, beispielsweise eine Signaldrift, nicht
erkannt und ausgeglichen werden.
-
Vorgesehen
ist deshalb die Ansaugluft-Unterdruckbewertung 31, die
das Ölansaugen 25 dadurch vermeiden kann, dass
der im Ansaugbereich 11 stromabwärts nach der
Drosselklappe 12 auftretende Ansaugluftdruck p_L mit dem
unteren Ansaugluftdruck-Schwellenwert p_L_Min verglichen und bei einer
Schwellenunterschreitung das Schaltsignal S bereitgestellt wird,
wobei das Schaltsignal S gemäß einem einfachen
Ausfüh rungsbeispiel unmittelbar zu einem Erhöhen
der Öffnung der Drosselklappe 12 herangezogen
werden kann. Hierzu könnte das Schaltsignal S unmittelbar
der Drosselklappen-Steuerung 36 zur Verfügung
gestellt werden, welche das Drosselklappensignal dr entsprechend
beeinflusst. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das
Schaltsignal S der Korrektursignal-Festlegung 32 zur Verfügung
gestellt, welche neben dem Ereignissignal E weiterhin das erste
und/oder zweite Korrektursignal K1, K2 bereitstellt.
-
Das
Ereignissignal E wird gezählt, wobei das Zählergebnis
im Speicher 33 zur späteren Bewertung hinterlegt
wird. Aufgrund der Anzahl der Ereignisse kann eine Entscheidung
für einen gegebenenfalls erforderlichen Austausch des Ansaugluftsensors 13 getroffen
werden.
-
Das
wenigstens eine Korrektursignal K1, K2 kann ebenfalls unmittelbar
zur Beeinflussung des Drosselklappensignals dr der Drosselklappen-Steuerung 36 zur
Verfügung gestellt werden.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung wird mit dem ersten Korrektursignal
K1 der Ansaugluft-Sollwert m_L_Sol in der Ansaugluft-Sollwertfestlegung 35 derart
beeinflusst, dass der Ansaugluft-Sollwert m_L_Sol erhöht
wird, sodass in der Folge der Unterdruck der Ansaugluft m_L abgeschwächt wird.
-
Alternativ
oder zusätzlich kann gemäß einer anderen
vorteilhaften Ausgestaltung das zweite Korrektursignal K2 vorgesehen
sein und dazu herangezogen werden, dass das vom Ansaugluft-Drucksensor 14 bereitgestellte
Ansaugluftdruck-Sensorsignal p_L_Mes in der Sensorsignal-Aufbereitung 37 verringert
wird, um einen betragsmäßig größeren
Unterdruck zu melden, wodurch in der Folge die Drosselklappe 12 weiter
geöffnet wird, um den Unterdruck der Ansaugluft m_L abzuschwächen.
-
Die
durch die erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahme
bedingte, zumindest zeitweise auftretende Erhöhung der
von der Brennkraftmaschine 10 angesaugte Luft m_L kann
im Rahmen der nicht näher beschriebenen Lambdaregelung
durch zusätzliche Zumessung von Kraftstoff zum Einhalten
eines vorgegebenen Lambda-Sollwerts kompensiert werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006010095
A1 [0003]
- - DE 10234092 A1 [0004]