-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Regeneration eines Partikelfilters im Abgassystem einer Brennkraftmaschine.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Regelung der Regeneration eines Partikelfilters im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, dem in Strömungsrichtung des Abgases ein Oxidationskatalysator vorgelagert ist, wobei zur Regelung und Steuerung der Regeneration eine Steuereinheit vorgesehen ist.
-
Bei einer Regeneration eines Diesel-Partikelfilters (DPF) wird die Abgastemperatur üblicherweise zunächst so stark angehoben, dass der im DPF eingelagerte Ruß abzubrennen beginnt. Hierfür können eine Vielzahl von Maßnahmen ergriffen werden, da die notwendigen Abgastemperaturen von 600°C bis 650°C im normalen Betrieb eines Dieselmotors nur nahe der Volllast erreicht werden. Insbesondere im Fall niedriger Motorlasten und Drehzahlen sind, um oben genannten Temperaturbereich einzustellen, neben einspritzseitigen Maßnahmen, wie eine Spät-Verschiebung der Haupteinspritzung (Main Injection MI), dem Absetzen einer im Motor brennenden Nacheinspritzung Pol2 (Pol steht für Post Injection) und/oder dem Absetzen einer im Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) verbrennenden Nacheinspritzung Pol1, ebenso starke Luftsystemeingriffe mittels einer Drosselklappe im Zuluftsystem des Dieselmotors erforderlich.
-
Die Weiterentwicklung von Partikelfiltersystemen, insbesondere von Diesel-Partikelfiltern (DPF), für Diesel-Brennkraftmaschinen zielt derzeit stark auf die Reduktion der Systemkosten. Großes Potential hierzu liegt in der Verwendung kostengünstiger DPF-Materialien, wie beispielsweise Cordierit. Allerdings zeichnen sich diese Materialien in der Regel nicht nur durch ihre günstigeren Herstellkosten aus, sondern auch durch eine, im Vergleich zu heutigen Standard-Materialien wie Siliziumcarbid (SiC), stark verminderte thermische Belastbarkeit. Die Verwendung von beispielsweise Cordierit erfordert deshalb ein spezielles an dieses Material angepasstes Motorsteuerungsverfahren sowie einen erweiterten Funktionsumfang der elektronischen Motorsteuerung (ECU = Electronic Control Unit).
-
Für eine fehlerfreie Funktion muss dabei sichergestellt werden, dass der Rußabbrand derart kontrolliert abläuft, dass die Temperatur im Diesel-Partikelfilter während der Regeneration einen materialbedingten Maximalwert von ca. 1000°C nicht übersteigt.
-
Bei derart thermisch kritischen Filtermaterialien ist es daher zusätzlich nötig, die Sauerstoffzufuhr für die Rußoxidation genau zu regeln, um eine Schädigung des Substrats zu verhindern. Dies ist besonders in Niedriglast-Betriebspunkten mit geringem Abgasmassenstrom sowie im Leerlauf wichtig.
-
Ein wesentlicher Bestandteil dieser Applikation ist die Darstellung eines Sauerstoff limitierenden Regenerationsbetriebs, da dadurch die Rußabbrandrate am effektivsten kontrolliert werden kann. Hierzu wurde für bestimmte Betriebsbereiche ein Lambdaregler entwickelt. Dieser stellt die Verbrennungsstabilität hinsichtlich Systemdrifts und hinsichtlich eines Sauerstoffangebots vor dem Diesel-Partikelfilter sicher.
-
In der Schrift
DE 103 33 441 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere eines Partikelfilters, einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei ein Sollwert (LAS) für ein Lambdasignal (L) oder eine Änderung eines Lambdasignals (L) vorgebbar ist und ein Istwert für das Lambdasignal (L) erfasst wird, und wobei, ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Istwert und dem Sollwert, ein Ansteuersignal für ein Stellelement, mit dem die Reaktion im Abgasnachbehandlungssystem steuerbar ist, derart vorgegeben wird, dass sich der Istwert dem Sollwert annähert.
-
Dabei kann der Sollwert (LAS) derart vorgegeben werden, dass sich eine vorgegebene Abbrandgeschwindigkeit der Partikel eines im Abgasnachbehandlungssystem enthaltenen Partikelfilters und/oder dass sich eine vorgegebene Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems einstellt.
-
Durch einen solchen geregelten, sauerstofflimitierten Regenerationsbetrieb des Partikelfilters lässt sich die Rußabbrandrate und somit der durch die exotherm verlaufende Reaktion bedingte Temperaturanstieg im Partikelfilter effektiv kontrollieren.
-
In der Schrift
DE 103 33 441 A1 ist weiterhin eine Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere eines Partikelfilters, einer Brennkraftmaschine beschrieben, mit Mitteln, die einen Sollwert (LAS) für ein Lambdasignal (L) oder eine Änderung eines Lambdasignals (L) vorgeben, mit Mitteln, die einen Istwert für das Lambdasignal (L) oder für die Änderung des Lambdasignals (L) erfassen, und mit Mitteln, die, ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Istwert und dem Sollwert (LAS) des Lambdasignals (L) oder der Änderung des Lambdasignals (L) ein Ansteuersignal für ein Stellelement, mit dem die Reaktion im Abgasnachbehandlungssystem steuerbar ist, derart vorgeben, dass sich der Istwert dem Sollwert annähert. Dabei kann mittels des Stellelements die Sauerstoffmenge im Abgas beeinflusst werden. Das Stellelement kann als Abgasrückführventil, als Drosselklappe oder zur Beeinflussung eines Abgasturboladers ausgebildet sein oder es kann ein Einspritzsystem sein, welches eine Nacheinspritzung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine vornimmt.
-
In einer weiteren Anmeldeschrift der Anmelderin mit dem internen Aktenzeichen R.318141 wird ein Verfahren zur Regelung der Regeneration eines Partikelfilters im Abgassystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei der Abbrand von Partikeln im Partikelfilter während eines Regenerationsvorganges durch eine Regelung des Sauerstoffgehaltes des Abgases kontrolliert wird und/oder wobei die Temperatur des Abgases oder von zumindest einer Komponente eines Abgasnachbehandlungssystems geregelt wird. Dabei ist es vorgesehen, dass Reglereingriffe zur Regelung des Sauerstoffgehaltes des Abgases und/oder der Temperatur von Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems nur bei stabilen Verbrennungsbedingungen der Brennkraftmaschine stattfinden.
-
Das Verfahren verhindert, dass durch Reglereingriffe während unzureichend stabiler Verbrennungsbedingungen der Brennkraftmaschine Bedingungen im Abgasnachbehandlungssystem der Brennkraftmaschine erzeugt werden, die zu einer unzulässig hohen Temperatur einzelner Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems führen. Die Wirksamkeit der beschriebenen Reglereingriffe hängt sehr stark von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ab. So müssen zum Beispiel Lambda regelnde Maßnahmen im Einspritzsystem, zum Beispiel in Form einer drehmomentneutral verbrennenden Nacheinspritzung, definiert in der Brennkraftmaschine verbrennen. Ansonsten kann es durch erhöhte Emissionen nicht verbrannter Kohlenwasserstoffe zu einer nicht zulässigen, exotherm verlaufenden Reaktion in dem Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere in einem Oxidationskatalysator, kommen, was zu einer starken Temperaturerhöhung und dadurch in dem genannten Beispiel zu einer Schädigung des Oxidationskatalysators führen kann.
-
Problematisch ist derzeit, wenn während der Regeneration Zündtemperaturen erreicht und die Oxidation im DPF eingeleitet sind, insbesondere bei hohen Restrußbeladungen (typisch > 4 g/l bzw. > 10 g absolut) ohne aktive Maßnahmen wieder in den Basisbetrieb zu wechseln. Dies könnte ansonsten zu einer Beschädigung des Substrates durch Übertemperaturen führen, da bei geringen Abgasmassenströmen, wie sie beispielsweise im Leerlauf auftreten, und hohen Sauerstoffkonzentrationen, wie sie im Basisbetrieb üblich sind, die durch den beschleunigten Rußabbrand schlagartig erzeugte Wärme nicht schnell genug abgeführt werden kann und somit insbesondere weniger thermisch belastbare Filtermaterialien beschädigt werden können.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, insbesondere bei Verwendung von zwar preiswerten, aber dafür wenig thermisch belastbaren Filtermaterialien, bereitzustellen, mit welchem die Regeneration auch bei hohen Restrußbeladungen beendet werden kann, ohne dass das Filtermaterial durch Übertemperaturen geschädigt wird.
-
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 12 gelöst.
-
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Steuereinheit PI-Regler sowie weitere Einrichtungen für einen inneren und einen äußeren Regelkreis zur Vorgabe von Einspritzmustern sowie Speichereinheiten für Solltemperatur-Kennfelder zur Vorgabe von betriebspunktabhängigen Solltemperaturen vor dem Oxidationskatalysator und vor dem Partikelfilter aufweisen, wobei zur Beendigung des Regenerationsvorganges eine spezifische Rußbeladung modellhaft oder mittels eines an die Steuereinheit angeschlossenen Differenzdrucksensors oder Absolutdrucksensors bestimmbar und Maßnahmen zur Absenkung der Temperaturen im Oxidationskatalysator und im Partikelfilter unter die jeweilige Solltemperatur vor dem Oxidationskatalysator und dem Partikelfilter mittels Eingriffen in dem inneren und dem äußeren Regelkreis durchführbar sind. Die Steuereinheit kann dabei Teil einer übergeordneten Motorsteuerung sein. Die Funktionalität kann zumindest teilweise auch als Software implementiert sein, was insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf Änderungen oder Neuerungen bei der Regenerationsstrategie für die Partikelfilter ist.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, dass zur Beendigung des Regenerationsvorganges eine spezifische Rußbeladung bestimmt und Maßnahmen zur Absenkung der Temperaturen in einem, dem Partikelfilter in Strömungsrichtung des Abgases vorgelagerten Oxidationskatalysator und dem Partikelfilter unter einer jeweiligen Solltemperatur vor dem Oxidationskatalysator und dem Partikelfilter ergriffen werden.
-
Mit dem vorgestellten Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird eine Möglichkeit geschaffen, die Regeneration von Partikelfiltern bei ungünstigen Bedingungen abbrechen zu können, ohne dass es zu einer Schädigung des Filtermaterials kommt, da durch die vorgeschlagenen Maßnahmen unzulässig hohe Temperaturbelastung vermieden werden können. Derartig ungünstige Bedingungen können beispielsweise in Betriebsphasen mit niedriger Effizienz und damit deutlich erhöhtem Kraftstoffverbrauch vorliegen. Dies ist besonders vorteilhaft bei Verwendung von Filtermaterialien mit geringerer Temperaturbeständigkeit, da auch hier Regenerationsstrategien, beispielsweise hinsichtlich einer Kraftstoffeinsparung oder Vermeidung einer zu starken Ölverdünnung, angewendet werden können, die ansonsten verboten wären. So kann insbesondere bei noch hohen Rußbeladungszuständen die Regeneration nach ausreichender Temperaturabsenkung beendet werden.
-
Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass nach Anforderung eines Betriebsartenwechsel von Regeneration hin zum Basisbetrieb die Temperatursenkenden Maßnahmen eingeleitet werden, wenn die spezifische Rußbeladungskonzentration noch Werte > 4 g/l aufweist. Insbesondere bei derart hohen Rußbeladungen kann es ansonsten ohne diese Maßnahmen bei ungünstigen Betriebszuständen zu hohen und damit das Filtermaterial schädigenden Temperaturen kommen.
-
Dabei kann die spezifische Rußbeladungskonzentration modellhaft oder mittels eines Differenzdrucksensors oder Absolutdrucksensors im Abgassystem der Brennkraftmaschine bestimmt werden.
-
Weiterhin ist in einer bevorzugten Verfahrensvariante vorgesehen, dass bei Unterschreitung der jeweiligen Solltemperatur vor dem Oxidationskatalysator und dem Partikelfilter die Umschaltanforderung in den Basisbetrieb freigegeben wird. Damit kann sichergestellt werden, dass es zu keiner Beschädigung des Substrates durch Übertemperaturen kommt, wenn es bei geringen Abgasmassenströmen, wie sie beispielsweise im Leerlauf auftreten, und hohen Sauerstoffkonzentrationen, wie sie im Basisbetrieb üblich sind, durch den beschleunigten Rußabbrand schlagartig zu einem Temperaturanstieg kommt. Die für das Filtermaterial zulässigen Maximaltemperaturen können damit noch sicher eingehalten werden.
-
Bei den zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten kann vorgesehen sein, dass die Ist-Temperaturen vor dem Oxidationskatalysator und vor bzw. in dem Partikelfilter modellhaft oder mittels einem oder mehrerer Temperatursensoren im Abgassystem der Brennkraftmaschine bestimmt werden, wobei die modellhaft ermittelten bzw. simulierten Ist-Temperaturen aus bereits in der Motorsteuerung hinterlegten Werten, welche von Abgassensoren, Abgasmengenmessvorrichtungen etc. ermittelt wurden, berechnet werden. Die Temperatursensoren können als separate Sensoren an entsprechender Stelle im Abgassystem der Brennkraftmaschine verbaut sein oder können zumindest teilweise in anderen Sensoren, z. B. in Lambda-Sonden, integriert sein.
-
Als Vorteilhaft hinsichtlich der Einhaltung der maximal zulässigen Temperaturen für das Filtermaterial hat sich herausgestellt, wenn nach Anforderung des Betriebsartenwechsels von Regeneration hin zum Basisbetrieb als Solltemperatur vor dem Oxidationskatalysator und vor dem Partikelfilter jeweils eine Temperatur von < 540°C festgelegt wird. Diese Temperaturschwelle sollte für ca. 2 Minuten unterschritten sein, bevor die Umschaltung in den Basisbetrieb erfolgt, da die Katalysator- und Partikelfiltersubstrate die eingetragene Energie teilweise speichern. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich die Temperatur vor den Substraten von den Temperaturen im Substrat unterscheiden.
-
Als bevorzugte Maßnahmen zur Temperaturabsenkung wird eine Anpassung der Solltemperatur vor dem Oxidationskatalysator (DOC) in einem inneren Regelkreis und eine Anpassung der Solltemperatur vor dem Partikelfilter in einem äußeren Regelkreis und/oder eine Korrektur-Vorsteuerung zur Beeinflussung eines Kraftstoffzumesssystems der Brennkraftmaschine in temperaturgeregelten Motorkennfeldbereichen durchgeführt.
-
Dabei kann die Solltemperatur vor dem Oxidationskatalysator in einem, von der Drehzahl und vom Moment abhängigen Sollwertkennfeld angepasst werden. Gegenüber einer starren Vorgabe der Solltemperatur kann die Vorgabe der Solltemperatur betriebspunktabhängig erfolgen.
-
Zur Absenkung der Temperatur vor bzw. in dem Partikelfilter (DPF) wird die Solltemperatur vor dem Oxidationskatalysator um 40 K bis 60 K herabgesetzt. Dadurch wird bereits eine leichte Absenkung der Temperatur vor dem Oxidationskatalysator (DOC) erreicht, wobei der Restsauerstoffgehalt im Abgas aber nicht zu stark angehoben wird, da für die Temperaturabsenkung die Einspritzmenge der angelagerten Einspritzmenge vom Regler des inneren Regelkreises nur leicht zurück genommen werden muss.
-
Eine bevorzugte Vorrichtungsvariante sieht dazu vor, dass in der Steuereinheit eine Korrektur-Vorsteuerung zur Bestimmung bzw. Korrektur der Kraftstoffmenge für eine Nacheinspritzung als Komponente des äußeren Regelkreises implementiert ist. Dieses so genannte „inverse Oxikat-Modell” berechnet mit den Eingangsgrößen Abgasmassenstrom, Ist-Temperatur vor DOC und einem Wärmeverlust an die Umgebung eine benötigte Kraftstoffmenge der späten Nacheinspritzung, um die Solltemperatur vor DPF zu erreichen.
-
Wird die Solltemperatur vor dem Partikelfilter um 290 bis 310 K gesenkt, was einer Abschaltung des „inversen Oxikat-Modells” und des äußeren Regelkreises gleich kommt, da die Ist-Temperatur in der Regel immer über der korrigierten Soll-Temperatur vor dem DPF liegt, oder der äußere Regelkreis direkt abgeschaltet, kann erreicht werden, dass keine späte Nacheinspritzung mehr abgesetzt wird.
-
Während einer lambdageregelten Regeneration des Partikelfilters, was aufgrund eines geringen Massenstroms kritisch sein kann, werden bis zum Unterschreiten der jeweiligen Solltemperaturen vor dem Oxidationskatalysator und vor dem Partikelfilter keine speziellen Maßnahmen ergriffen, da es hierbei bis zur Freigabe der Umschaltung in den Basisbetrieb, d. h. Ist-Temperatur vor DPF z. B. < 550°C, auf eine genaue Regelung des Restsauerstoffs ankommt. Es wird daher versucht, in den für den Partikelfilter (DPF) unkritischen Betriebszuständen (hoher Massenstrom, temperaturgeregelter Bereich) den Partikelfilter so weit abzukühlen, so dass gefahrlos in den Basisbetrieb gewechselt werden kann.
-
Eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens, wie es in seinen Varianten zuvor beschrieben wurde, sieht eine Regelung der Regeneration von Partikelfiltern in dem Abgasnachbehandlungssystem einer als Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine vor, wobei als Filtermaterial für diese Diesel-Partikelfilter preiswertere, allerdings weniger temperaturstabile Filterwerkstoffe, eingesetzt werden können. Bevorzugt ist dabei ein Grundkörper aus Cordierit.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in einer schematischen Darstellung das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann,
-
2 ein Regelkreisdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und
-
3 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.
-
1 zeigt in schematischer Darstellung das technische Umfeld, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann. Dargestellt ist eine Brennkraftmaschine 10 in Form eines Dieselmotors mit einem Kraftstoffzumesssystem 11, einem Luftzufuhrkanal 20, in dem ein Zuluftstrom 21 geführt ist, und einem Abgaskanal 30, in dem ein Abgasstrom 32 der Brennkraftmaschine 10 geführt ist. Entlang des Luftzufuhrkanals 20 sind in Strömungsrichtung des Zuluftstroms 21 eine Kompressionsstufe 23 eines Turboladers 22 und eine Drosselklappe 24 angeordnet. Eine Abgasrückführung 25 verbindet über ein Abgasrückführventil 26 den Luftzufuhrkanal 20 mit dem Abgaskanal 30. In Strömungsrichtung des Abgasstromes 32 sind nach der Brennkraftmaschine 10 eine Abgasturbine 31 des Turboladers 22 sowie als Bestandteile eines Abgasnachbehandlungssystems 40 eine erste Lambda-Sonde 43, eine Kraftstoffzuführung 45, ein Oxidationskatalysator 41 in Form eines Diesel-Oxidationskatalysators (DOC), eine zweite Lambda-Sonde 44, sowie ein Partikelfilter 42 in Form eines Diesel-Partikelfilters (DPF) dargestellt. Zur Umsetzung der Erfindung ist zumindest eine der zwei Lambda-Sonden 43, 44 erforderlich.
-
Über den Luftzufuhrkanal 20 wird der Brennkraftmaschine 10 Frischluft zugeführt. Die Menge an Zuluft kann mittels einer Luftmassenmessvorrichtung 27, beispielsweise mit einem Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM), bestimmt werden. Die Frischluft wird dabei von der Kompressionsstufe 23 des Turboladers 22, welche über die Abgasturbine 31 vom Abgasstrom 32 angetrieben wird, komprimiert. Durch die Drosselklappe 24 kann die zugeführte Luftmenge eingestellt werden. Zur Schadstoffreduzierung wird dem Zuluftstrom 21 über die Abgasrückführung 25 in von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 10 abhängigen Mengen Abgas aus dem Abgaskanal 30 zugemischt. Die Abgasrückführrate kann dabei mit Hilfe des Abgasrückführventils 26 eingestellt werden.
-
In dem Abgasnachbehandlungssystem 40 werden von der Brennkraftmaschine 10 emittierte Schadstoffe umgesetzt beziehungsweise ausgefiltert. So werden in dem Oxidationskatalysator 41 unverbrannte Kohlenwasserstoffe sowie Kohlenmonoxid oxidiert, während der Partikelfilter 42 Rußpartikel zurückhält.
-
Über die Kraftstoffzuführung 45 kann durch eine späte Nacheinspritzung (Pol1) Kraftstoff in den Abgaskanal 30 eingebracht werden.
-
In 1 nicht dargestellt sind für den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 und des Abgasnachbehandlungssystems 40 notwendige Steuer- und Regeleinheiten sowie Einheiten zur Beladungsdiagnose des Partikelfilters 42.
-
Durch den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 füllt sich der Partikelfilter 42, bis das Erreichen seiner Speicherkapazität signalisiert wird. Daraufhin wird eine Regenerations-Phase des Partikelfilters 42 angestoßen, bei der die in dem Partikelfilter 42 gespeicherten Partikel in einer exotherm verlaufenden Reaktion verbrannt werden. Um diese exotherme Reaktion einzuleiten sind vor dem Partikelfilter 42 Abgastemperaturen von 600°C bis 650°C notwendig. Da diese Temperaturen bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine 10 nur nahe der Volllast erreicht werden, muss ein Temperaturanstieg durch zusätzliche Maßnahmen bewirkt werden. Insbesondere im Fall niedriger Motorlasten und Drehzahlen sind neben Luftsystemeingriffen, beispielsweise über die Drosselklappe 24, weitere Maßnahmen im Umfeld der Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffzumesssystem 11 erforderlich. Diese können innermotorische Maßnahmen wie eine Spät-Verschiebung der Haupteinspritzung oder eine in der Brennkraftmaschine 10 drehmomentneutral verbrennende Nacheinspritzung Pol2 sein oder eine über die Kraftstoffzuführung 45 in den Abgaskanal 30 vor dem Oxidationskatalysator 41 zugeführte und an bzw. in dem Oxidationskatalysator 41 verbrennende Nacheinspritzung Pol1. Des weiteren ist eine Veränderung der Abgasrückführrate über das Abgasrückführventil 26 möglich.
-
Zur Überwachung der Temperaturen sind im gezeigten Beispiel zusätzlich im Abgaskanal 30 noch ein Temperatursensor 47 zur Bestimmung einer Temperatur vor dem Oxidationskatalysator 41, der Ist-Temperatur vor DOC(T_vor_DOC) 54, sowie ein Temperatursensor 48 zur Bestimmung einer Temperatur vor dem Partikelfilter 42, der Ist-Temperatur vor DPF(T_vor_DPF) 56, vorgesehen. Diese Temperatursensoren 47, 48 können als eigenständige Sensoren verbaut sein oder in den Lambda-Sonden 43, 44 integriert sein. Zudem kann eine zusätzliche Messvorrichtung zur Bestimmung eines Abgasmassenstroms 46 ausgangsseitig am Abgaskanal 30 vorgesehen sein. Die Ist-Temperaturen 54, 56 können aber auch modellhaft bestimmt bzw. simuliert werden.
-
Die genannten Maßnahmen beeinflussen neben der Abgastemperatur auch die Zusammensetzung des Abgases, insbesondere dessen Sauerstoffgehalt. Da der Sauerstoffgehalt einen wesentlichen Einfluss auf die Abbrandgeschwindigkeit der in dem Partikelfilter 42 gespeicherten Partikel während des Regenerationsvorganges und somit auf die dabei je Zeiteinheit frei gesetzte Energie hat, ist es bekannt, über eine Regelung des Sauerstoffgehaltes des Abgases über die genannten Maßnahmen den Verlauf des Partikelabbrandes und damit die Temperatur des Partikelfilters zu regeln. Dazu wird das Signal oder die Signaländerung zumindest einer der zwei Lambda-Sonden 43, 44 in einer nicht dargestellten Reglereinheit mit einem Vorgabewert verglichen und auf Basis der erhaltenen Regeldifferenz eine oder eine Kombination aus mehreren der genannten Maßnahmen ergriffen.
-
Im Hinblick auf eine Beendigung der Regeneration insbesondere bei noch hohen Rußbeladungskonzentration (typischerweise > 4 g/l) sieht dass erfindungsgemäße Verfahren vor, dass nach Vorliegen einer Anforderung für einen Betriebsphasenwechsel zunächst eine spezifische Rußbeladung bestimmt und dann Maßnahmen zur Absenkung der Temperaturen im Oxidationskatalysator 41 und im Partikelfilter 42 unter einer jeweiligen Solltemperatur 53, 55 vor dem Oxidationskatalysators 41 und dem Partikelfilter 42 ergriffen werden.
-
Als Maßnahme zur Temperaturabsenkung ist, wie dies in 2 schematisch in einem Regelkreisdiagramm 50 dargestellt ist, einerseits eine Anpassung der Solltemperatur 53 vor dem Oxidationskatalysator 41 in einem inneren Regelkreis 51 und eine Anpassung der Solltemperatur 55 vor dem Partikelfilter 42 in einem äußeren Regelkreis 52 vorgesehen. Zudem oder alternativ zur Anpassung im äußeren Regelkreis 52 kann mittels einer Korrektur-Vorsteuerung 59 eine Beeinflussung des Kraftstoffzumesssystems 11 der Brennkraftmaschine 10 durchgeführt werden.
-
Im Einzelnen zeigt 2 den inneren Regelkreis 51, welcher innermotorische Maßnahmen zur Temperaturregelung der Temperatur vor dem Oxidationskatalysator 41 (DOC) umfasst. Dabei ist ein erster PI-Regler 57 vorgesehen, mit dem die Solltemperatur 53 vor dem Oxidationskatalysator 41, beispielsweise 500°C, mit der Ist-Temperatur vor DOC(T_vor_DOC) 54 verglichen wird und entsprechend auf den Wert der Solltemperatur 53 vor dem DOC geregelt wird. Dies erfolgt mittels entsprechender Einspritzungen gemäß eines ersten Einspritzmusters 60, bei dem der Zeitpunkt und die eingespritzte Kraftstoffmenge über das Kraftstoffzumesssystem 10 der Brennkraftmaschine 10 hinsichtlich einer Piloteinspritzung 61 (PI), einer Haupteinspritzung 62 (MI) sowie einer angelagerten Nacheinspritzung 63 (Pol) vorgegeben werden.
-
Der innere Regelkreis 51 schließt dabei eine Korrektur-Vorsteuerung 59 zur Bestimmung bzw. Korrektur der Kraftstoffmenge für eine Nacheinspritzung ein, wobei eine Korrektur-Einspritzmenge 59.1 ermittelt wird. Hierbei ist ein so genanntes „inverse Oxikat-Modell” hinterlegt, welches mit den Eingangsgrößen Abgasmassenstrom 46, Ist-Temperatur vor DOC 54 und einem prognostizierten Wärmeverlust an die Umgebung eine benötigte Kraftstoffmenge (qHC) einer späten Nacheinspritzung 73 (Pol) in einem zweiten Einspritzmuster 70 vorgibt, um die Solltemperatur vor DPF 55, z. B. 600°C, zu halten bzw. zu erreichen. Das zweite Einspritzmuster 70 umfasst neben der späten Nacheinspritzung 73 eine Piloteinspritzung 71 (PI) sowie eine Haupteinspritzung 72 (MI), die im Gegensatz zum ersten Einspritzmuster 60 zeitlich als auch mengenmäßig von einander abweichen können.
-
Weiterhin dargestellt ist in 2 der äußere Regelkreis 52 als dynamische Korrektur der zuvor beschriebenen Regelung. Dabei ist ein zweiter PI-Regler 58 vorgesehen, mit dem die Solltemperatur 55 vor dem Partikelfilter 42, beispielsweise 600°C, mit der Ist-Temperatur vor DPF (T_vor_DPF) 56 verglichen wird und entsprechend auf den Wert der Solltemperatur 55 vor dem DPF geregelt wird. Dies erfolgt mittels entsprechender Einspritzungen gemäß des zweiten Einspritzmusters 70, bei dem der Zeitpunkt und die eingespritzte Kraftstoffmenge über das Kraftstoffzumesssystem 10 der Brennkraftmaschine 10 hinsichtlich der Piloteinspritzung 71 (PI), der Haupteinspritzung 72 (MI) sowie der späten Nacheinspritzung 73 (Pol) vorgegeben werden, wobei die späte Nacheinspritzung 73 von der Korrektur-Vorsteuerung 59 um eine Korrektur-Einspritzmenge 59.1 entsprechend des in der Korrektur-Vorsteuerung 59 hinterlegten „inversen Oxikat-Modells” angepasst werden kann.
-
Eine mögliche Umsetzung der Funktionalität im Steuergerät kann nach einem Ablaufdiagramm 80 erfolgen, wie es in 3 vereinfacht dargestellt ist.
-
Nach dem Start 81 des Verfahrens wird zunächst in einer ersten Abfrage 82 geprüft, ob eine Anforderung für eine Umschaltung in den Basisbetrieb vorliegt. Ist dies der Fall, wird in einer zweiten Abfrage 83 geprüft, ob die Ist-Temperatur 56 vor bzw. im Partikelfilter 42 (DPF) kleiner ist als die vorgegeben Solltemperatur 55 vor dem Partikelfilter 42 DPF). Ist dies nicht der Fall, wird in einer dritten Abfrage 84 geprüft, ob noch eine hohe Rußbeladungskonzentration vorliegt. Ist dies der Fall, d. h. die Rußbeladungskonzentration ist noch größer oder gleich 4 g/l, so werden in einem ersten Funktionsblock 85 die zuvor beschrieben Maßnahmen zur Temperaturabsenkung durchgeführt. Einerseits wird die Solltemperatur 53 vor dem Oxidationskatalysator (DOC) im inneren Regelkreis 51 um beispielsweise 50 K und andererseits die Solltemperatur 55 vor dem Partikelfilter 42 (DPF) im äußeren Regelkreis 52 um beispielsweise 300 K gesenkt (vergleiche dazu 2). In einer vierten Abfrage 87 wird ermittelt, ob durch diese Maßnahmen die Ist-Temperatur 56 vor bzw. im Partikelfilter 42 kleiner ist als die vorgegeben Solltemperatur 55 vor dem Partikelfilter 42. Dies wird solange durchgeführt, bis diese Bedingung erfüllt ist. Erst dann erfolgt in einem zweiten Funktionsblock 86 zeitverzögert eine Freigabe für eine direkte Umschaltung in den Basisbetrieb, womit der Verfahrensablauf gestoppt wird (Ende 88).
-
Ist bereits bei der zweiten Abfrage 83 die Bedingung „Ist-Temperatur 56 vor bzw. im Partikelfilter 42 (DPF) kleiner als die vorgegeben Solltemperatur 55'' erfüllt, erfolgt bereits hier die Freigabe für eine direkte Umschaltung in den Basisbetrieb (zweiter Funktionsblock 86). Dies erfolgt ebenfalls, wenn bereits bei der dritten Abfrage 84 festgestellt wird, dass die Rußbeladungskonzentration kleiner als 4 g/l ist. Als Solltemperatur 55 vor DPF ist im bevorzugten Verfahren ein Wert von 550°C vorgesehen.
-
Dieser Verfahrensablauf ist vorzugsweise als Software innerhalb der Motorsteuerung hinterlegt.
-
Durch die zuvor beschrieben Maßnahmen zur Temperaturabsenkung kann insbesondere bei hohen Rußbeladungen eine vorzeitige Beendigung des Regenerationsvorganges des Partikelfilters 42 erfolgen, ohne dass unzulässig hohe Temperaturen auftreten können, die beispielsweise, im Vergleich zu Standard-Materialien, wie SiC, weniger temperaturstabile Materialien, wie beispielsweise Cordierit, beschädigen könnten.
-
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 10333441 A1 [0008, 0011]
