DE102011053419B4 - Method for controlling an exhaust system of a diesel engine and exhaust system of a diesel engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Steuerung eines Abgassystems eines Dieselmotors, in dem ein Sensorelement angeordnet ist, mit welchem eine Rußbelastung im Abgasmassenstrom festgestellt wird, in deren Abhängigkeit eine Regeneration eines Partikelfilters durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensorelement ein Abgasmassenstromsensor (24; 34) eingesetzt wird, der bei zu hoher Rußbelastung in einen Reinigungsmodus geschaltet wird, wobei aus der Rußbelastung des Abgasmassenstromsensors (24; 34) auf eine Rußbelastung des Partikelfilters (9) geschlossen wird, worüber der Zeitpunkt zum Durchführen der Regeneration des Partikelfilters (9) festgelegt wird, wobei über ein Kennfeld die Rußbelastung des Partikelfilters (9) aus der Rußbelastung des Abgasmassenstromsensors (24; 34) und dem aus dem über einen Abgasrückführkanal (10; 28) zurückgeführten Abgasmassenstrom sowie der über einen Ansaugkanal (22) des Dieselmotors angesaugten Luftmenge berechneten Abgasmassenstrom ermittelt wird.Method for controlling an exhaust gas system of a diesel engine, in which a sensor element is arranged, with which a soot load in the exhaust gas mass flow is determined, as a function of which a regeneration of a particulate filter is carried out, characterized in that a exhaust gas mass flow sensor (24, 34) is used as the sensor element, is switched at excessive soot load in a cleaning mode, wherein from the soot load of the exhaust gas mass flow sensor (24; 34) on a soot load of the particulate filter (9) is closed, over which the time for performing the regeneration of the particulate filter (9) is set, over a map the soot load of the particulate filter (9) from the soot load of the exhaust gas mass flow sensor (24; 34) and from the via an exhaust gas recirculation channel (10; 28) recirculated exhaust gas mass flow and calculated via an intake passage (22) of the diesel engine air mass calculated exhaust gas mass flow is determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Abgassystems eines Dieselmotors, in dem ein Sensorelement angeordnet ist, mit welchem eine Rußbelastung im Abgasstrom festgestellt wird, in deren Abhängigkeit eine Regeneration eines Partikelfilters durchgeführt wird sowie ein Abgassystem eines Dieselmotors mit einem Abgasstrang, in dem ein Partikelfilter angeordnet ist, einem Abgasrückführkanal, der vom Abgasstrang abzweigt, einem Abgaskühler, der im Abgasrückführkanal angeordnet ist, einem Abgasmassenstromsensor, einem Abgasrückführventil, welches im Abgasrückführkanal angeordnet ist und einer Steuereinheit, welche mit dem Abgasmassenstromsensor sowie Mitteln zur Einleitung der Regenerationsphase des Partikelfilters verbunden ist.The invention relates to a method for controlling an exhaust system of a diesel engine, in which a sensor element is arranged, with which a soot load in the exhaust gas flow is determined, depending on a regeneration of a particulate filter is performed and an exhaust system of a diesel engine with an exhaust system in which a particulate filter is arranged, an exhaust gas recirculation channel, which branches off from the exhaust line, an exhaust gas cooler, which is arranged in the exhaust gas recirculation channel, an exhaust gas mass flow sensor, an exhaust gas recirculation valve, which is arranged in the exhaust gas recirculation channel and a control unit which is connected to the exhaust gas mass flow sensor and means for initiating the regeneration phase of the particulate filter.
Dieselmotoren mit Partikelfiltern sind bekannt. In regelmäßigen Abständen oder in Abhängigkeit eines gemessenen Druckverlustes über den Partikelfilter werden Regenerationsphasen eingeleitet, in denen bei einer Temperatur von über 500°C der Ruß im Filter abgebrannt wird. Hierzu wird beispielsweise zusätzlich Kraftstoff in den Abgasstrang eingespritzt, so dass eine die Temperatur erhöhende Nachverbrennung stattfindet.Diesel engines with particulate filters are known. Regeneration phases are initiated at regular intervals or as a function of a measured pressure loss via the particle filter, in which the soot in the filter is burned off at a temperature of more than 500 ° C. For this purpose, for example, additional fuel is injected into the exhaust line, so that a temperature-increasing afterburning takes place.
Diese Nacheinspritzungen erhöhen jedoch den Kraftstoffverbrauch deutlich. Da die Intervalle, in denen eine Regeneration notwendig ist jedoch insbesondere bei Fahrzeugen, die hauptsächlich im Stadtverkehr gefahren werden recht kurz sind, ist es wichtig die Regenerationsphase nicht rein zeitabhängig sondern in Abhängigkeit von der tatsächlichen Rußbelastung des Partikelfilters durchzuführen.However, these post-injections significantly increase fuel consumption. Since the intervals in which regeneration is necessary but especially for vehicles that are driven mainly in city traffic are quite short, it is important to perform the regeneration phase not purely time-dependent but depending on the actual soot load of the particulate filter.
Zu diesem Zweck ist es bekannt vor und hinter dem Partikelfilter jeweils einen Drucksensor anzuordnen, so dass bei Überschreiten eines Druckdifferenzgrenzwertes die Regenerationsphase durchgeführt wird. Ein derartig aufgebautes Abgassystem ist beispielsweise aus der
Alternativ ist es aus der
Des Weiteren ist aus der
Die
Auch ist aus der
All diese verschiedenen Abgassysteme weisen den Nachteil auf, dass die verwendeten Bauteile, seien es Abgassensoren oder Drucksensoren, keine zusätzliche Funktion erfüllen und entsprechend Kosten ohne zusätzlichen Nutzen verursachen. Daher werden häufig sehr kostengünstige Sensoren verwendet, die jedoch häufig nicht ausreichend robust aufgebaut sind, um eine ausreichend lange Lebensdauer sicher zu stellen.All these different exhaust systems have the disadvantage that the components used, whether exhaust gas sensors or pressure sensors, do not fulfill any additional function and cause correspondingly no additional costs. Therefore, very inexpensive sensors are often used, but often are not built sufficiently robust to ensure a sufficiently long life.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Abgassystem eines Dieselmotors sowie ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Abgassystems zur Verfügung zu stellen, mit denen eine Regenerationsphase für einen Partikelfilter festgelegt werden kann, ohne zusätzliche Bauteile verwenden zu müssen und dennoch sicher zu stellen, dass eine Regeneration nur durchgeführt wird, wenn eine zu hohe Belastung des Partikelfilters mit Ruß tatsächlich besteht, so dass keine unnötige Verbrauchserhöhung erfolgt.It is therefore an object to provide an exhaust system of a diesel engine and a method for controlling such an exhaust system, with which a regeneration phase for a particulate filter can be set without having to use additional components and yet to ensure that a regeneration is only performed when too high a load of the particulate filter with soot actually exists, so that no unnecessary increase in consumption takes place.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung eines Abgassystems eines Dieselmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Abgassystem eines Dieselmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.This object is achieved by a method for controlling an exhaust system of a diesel engine having the features of claim 1 and by an exhaust system of a diesel engine having the features of claim 5.
Dadurch, dass als Sensorelement ein Abgasmassenstromsensor eingesetzt wird, der bei zu hoher Rußbelastung in einen Reinigungsmodus geschaltet wird, wobei aus der Rußbelastung des Abgasmassenstromsensors auf eine Rußbelastung des Partikelfilters geschlossen wird, worüber der Zeitpunkt zum Durchführen der Regeneration des Partikelfilters festgelegt wird, wobei über ein Kennfeld die Rußbelastung des Partikelfilters aus der Rußbelastung des Abgasmassenstromsensors und dem aus dem über einen Abgasrückführkanal zurückgeführten Abgasmassenstrom sowie der über einen Ansaugkanal des Dieselmotors angesaugten Luftmenge berechneten Abgasmassenstrom ermittelt wird, muss kein zusätzlicher Sensor verwendet werden, um die Regenerationsphase festzulegen. Über den Abgasmassenstromsensor wird je nach Einbauort entweder eine abgeführte oder eine zum Saugrohr zurückgeführte Abgasmenge gemessen, die beispielsweise zur Motorsteuerung oder Regelung des Abgasrückführventils oder der Abgasklappe verwendet wird. Da unabhängig vom Einbauort des Abgasmassenstromsensors dieser immer mit Abgas beaufschlagt wird, dessen Rußanteil pro Masseneinheit im Wesentlichen dem Rußanteil entspricht, mit dem der Partikelfilter beaufschlagt wird, kann aus der Rußbeladung des Abgasmassenstromsensors auf die Rußbeladung des Partikelfilters geschlossen werden. Auch wäre es denkbar, aus einer Änderung der Rußbeladung an einem hinter dem Partikelfilter angeordneten Abgasmassenstromsensor auf die Beladung des Partikelfilters zu schließen.Characterized in that as the sensor element, an exhaust gas mass flow sensor is used, which is switched to a high soot load in a cleaning mode, wherein from the soot load of the exhaust gas mass flow sensor is closed on a soot load of the particulate filter, about which the time is set for performing the regeneration of the particulate filter, wherein via a Map the soot load of the particulate filter from the soot load of the exhaust gas mass flow sensor and from the It is not necessary to use an additional sensor to determine the regeneration phase, as the exhaust gas mass flow recirculated via an exhaust gas recirculation channel and the exhaust gas mass flow calculated via an intake duct of the diesel engine are determined. Depending on the installation location, either a discharged or an exhaust gas quantity recirculated to the intake manifold is measured via the exhaust gas mass flow sensor, which exhaust gas is used, for example, for controlling or regulating the exhaust gas recirculation valve or the exhaust gas flap. Since, regardless of the installation location of the exhaust gas mass flow sensor, it is always supplied with exhaust gas whose soot content per mass unit essentially corresponds to the carbon black fraction with which the particle filter is charged, it can be deduced from the soot loading of the exhaust gas mass flow sensor on the soot load of the particulate filter. It would also be conceivable to conclude from a change in the soot load on an exhaust gas mass flow sensor arranged behind the particulate filter to the loading of the particulate filter.
Diese Vorteile sind mit einem Abgassystem nutzbar, bei dem in der Steuereinheit ein Kennfeld hinterlegt ist, über welches eine Rußbelastung des Partikelfilters in Abhängigkeit der Rußbelastung des Abgasmassenstromsensors und dem aus dem über den Abgasrückführkanal rückgeführten Abgasmassenstrom sowie der über den Ansaugkanal des Dieselmotors angesaugten Luftmenge berechneten Abgasmassenstrom bestimmbar ist. Dies bedeutet, dass über ein Kennfeld die Rußbelastung des Partikelfilters aus der Rußbelastung des Abgasmassenstromsensors und dem Abgasmassenstrom ermittelt wird und aus diesem Ergebnis gegebenenfalls ein Start der Regenerationsphase des Partikelfilters folgt.These advantages can be used with an exhaust system in which a characteristic map is stored in the control unit, via which a soot load of the particulate filter in dependence on the soot load of the exhaust gas mass flow sensor and the exhaust gas mass flow recirculated via the exhaust gas recirculation channel and the calculated exhaust gas mass flow via the intake duct of the diesel engine is determinable. This means that the soot load of the particulate filter from the soot load of the exhaust gas mass flow sensor and the exhaust gas mass flow is determined via a characteristic map and, if appropriate, a start of the regeneration phase of the particulate filter follows from this result.
Vorzugsweise ist in der Steuereinheit zusätzlich ein Kennfeld hinterlegt, über welches eine Rußbelastung des Abgaskühlers in Abhängigkeit der Rußbelastung des Abgasmassenstromsensors und des Abgasmassenstroms bestimmbar ist, so dass über das Kennfeld die Rußbelastung eines Abgaskühlers aus der Rußbelastung des Abgasmassenstromsensors und dem Abgasmassenstrom ermittelt wird. Auf diese Weise kann ein optimaler Zeitpunkt zum Freibrennen des Abgaskühlers bestimmt werden. Dies kann gegebenenfalls gleichzeitig mit der Regeneration des Partikelfilters erfolgen. Dabei kann der Zeitpunkt festgelegt werden, ohne zusätzliche Sensoren anbringen zu müssen, so dass der Bauteileaufwand zur Regeneration des Partikelfilters und zum Freibrennen des Abgaskühlers minimiert wird.Preferably, a map is stored in the control unit, via which a soot load of the exhaust gas cooler in dependence on the Rußbelastung the exhaust gas mass flow sensor and the exhaust gas mass flow is determined so that the soot load of an exhaust gas cooler from the soot load of the exhaust gas mass flow sensor and the exhaust gas mass flow is determined via the map. In this way, an optimal time for burning the exhaust gas cooler can be determined. If appropriate, this can be done simultaneously with the regeneration of the particulate filter. In this case, the time can be set without having to attach additional sensors, so that the component cost for the regeneration of the particulate filter and the burning of the exhaust gas cooler is minimized.
Vorzugsweise arbeitet der Abgasmassenstromsensor nach dem Prinzip der Heißfilmanemometrie. Dies bedeutet, dass der Sensor Heizwiderstände aufweist, die erhitzt werden, wobei durch Konvektion die erzeugte Wärme dieser Heizwiderstände auf das strömende Medium abgegeben wird. Die daraus resultierende Temperaturänderung des Heizwiderstandes oder die zusätzliche Leistungsaufnahme zum Erhalt der Heizwiderstandstemperatur sind ein Maß für den vorhandenen Massenstrom. Diese Sensoren arbeiten sehr zuverlässig. Es sind lediglich Ablagerungen an den Oberflächen zu vermeiden, so dass beim Einsatz im Abgassystem üblicherweise zusätzliche Heizdrähte zum Abbrennen der Ablagerungen vorgesehen werden. Dies erfolgt ebenfalls aufgrund festzulegender Parameter, welche als Maß für die Schichtdicke und somit für den Rußgehalt im Abgas dienen.Preferably, the exhaust gas mass flow sensor operates on the principle of hot film manometry. This means that the sensor has heating resistors which are heated, whereby the generated heat of these heating resistors is delivered to the flowing medium by convection. The resulting temperature change of the heating resistor or the additional power consumption to obtain the Heizwiderstandstemperatur are a measure of the existing mass flow. These sensors are very reliable. Only deposits on the surfaces are to be avoided, so that when used in the exhaust system usually additional heating wires for burning off the deposits are provided. This is also done on the basis of parameters to be defined, which serve as a measure of the layer thickness and thus of the soot content in the exhaust gas.
Insbesondere wird aus der Aufheizzeit auf die Rußbelastung des Abgasmassenstromsensors geschlossen. Eine größere Rußbelastung hat eine Erhöhung der Aufheizzeit zur Folge, so dass bei ständiger Messung der Aufheizzeit auf die jeweilige Schichtdicke und über die jeweiligen Schichtdickenänderungen auf die. Rußbeladung des Abgases geschlossen werden kann. Entsprechend kann diese Aufheizzeit bei entsprechend hinterlegtem Kennfeld als Maß für die Beladung des Partikelfilters dienen.In particular, it is concluded from the heating time on the soot load of the exhaust gas mass flow sensor. A larger soot load has an increase in the heating time result, so that with constant measurement of the heating time on the respective layer thickness and on the respective layer thickness changes on the. Soot loading of the exhaust gas can be closed. Accordingly, this heating time can serve as a measure of the loading of the particulate filter with appropriately stored map.
Besonders vorteilhaft ist es, vor dem Partikelfilter die Temperatur des Abgases zu messen, welche zusätzlich bei der Bestimmung der Rußbelastung des Partikelfilters berücksichtigt wird. Dementsprechend ist vorzugsweise vor dem Partikelfilter ein Temperatursensor angeordnet, der mit der Steuereinheit verbunden ist. Hierdurch kann berücksichtigt werden, ob beim normalen Motorbetrieb gegebenenfalls Temperaturen erreicht werden, die bereits eine Regeneration des Partikelfilters oder des Abgaskühlers zur Folge haben. Des Weiteren neigt der Partikelfilter bei geringeren Temperaturen schneller dazu zuzuwachsen, so dass auch die Temperatur im Kennfeld hinterlegt werden kann beziehungsweise in einen entsprechenden das Kennfeld wiedergebenden Algorithmus berücksichtigt werden kann.It is particularly advantageous to measure the temperature of the exhaust gas upstream of the particle filter, which is additionally taken into account in the determination of the soot load of the particle filter. Accordingly, a temperature sensor is preferably arranged in front of the particle filter, which is connected to the control unit. In this way, it can be considered whether, during normal engine operation, temperatures may possibly be reached which already result in regeneration of the particulate filter or of the exhaust gas cooler. Furthermore, the particle filter tends to grow faster at lower temperatures, so that the temperature can also be stored in the map or can be taken into account in an appropriate algorithm reproducing the map.
In einer weiterführenden Ausführungsform ist der Abgasmassenstromsensor stromabwärts des Abgaskühlers im Abgasrückführkanal angeordnet. Dies vermindert die thermische Belastung des Abgasmassenstromsensors und erhöht die Messgenauigkeit des Sensors.In a further embodiment, the exhaust gas mass flow sensor is arranged downstream of the exhaust gas cooler in the exhaust gas recirculation channel. This reduces the thermal load of the exhaust gas mass flow sensor and increases the measurement accuracy of the sensor.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit mit einem Einspritzventil verbunden, über welches Kraftstoff zur Regeneration des Partikelfilters in den Abgasstrang einspritzbar ist. Dies ermöglicht die direkte Ansteuerung des Einspritzventils zur zeitgenauen und schnellen Regeneration des Partikelfilters.Preferably, the control unit is connected to an injection valve, via which fuel for regeneration of the particulate filter in the exhaust line can be injected. This allows the direct control of the injection valve for timely and rapid regeneration of the particulate filter.
Es wird somit ein Verfahren zur Steuerung eines Abgassystems sowie ein Abgassystem für einen Dieselmotor geschaffen, bei denen der Partikelfilter zu einem optimalen Zeitpunkt, das heißt nur bei tatsächlich vorliegender zu hoher Partikelbelastung regeneriert wird, ohne zusätzliche Sensoren verwenden zu müssen. So werden Kosten reduziert. Dabei kann die ohnehin vorhandene Rußmessung am Abgasmassenstromsensor genutzt werden, wenn entsprechende Kennfelder in der Motorsteuerung hinterlegt werden.Thus, a method is provided for controlling an exhaust system and an exhaust system for a diesel engine, in which the particulate filter at an optimum time, that is, only regenerated at actually present to high particle load, without having to use additional sensors. This reduces costs. In this case, the already existing soot measurement can be used on the exhaust gas mass flow sensor, if appropriate maps are stored in the engine control.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasrückführsystems ist in der Figur dargestellt und wird ebenso wie das zugehörige Verfahren im Folgenden beschrieben.An embodiment of an exhaust gas recirculation system according to the invention is shown in the figure and will be described as well as the associated method in the following.
Die Figur zeigt eine Prinzipskizze zweier alternativ oder gemeinsam nutzbarer Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Abgassystems.The figure shows a schematic diagram of two alternative or jointly usable embodiments of an exhaust system according to the invention.
Das erfindungsgemäße Abgassystem besteht aus einem Motorblock
Dieser Niederdruckabgasrückführkanal
In Strömungsrichtung des Abgases vor dem ersten Abgasrückführventil
Der Abgasmassenstromsensor
Zusätzlich können diese Werte des Abgasmassenstromsensors
Zu weiteren Verbesserung dieser Steuerung wird vor dem Partikelfilter
Alternativ kann diese Regeneration auch in Abhängigkeit der Messewerte eines zweiten Abgasmassenstromsensors
Der Ansaugkanal
Dieser Hochdruckabgasrückführkanal
Im Übrigen läuft das Verfahren in gleicher Weise ab, wie bereits zur Ausführung im Niederdruckbereich beschrieben, so dass auch hier beispielsweise der Abgaskühler falls notwendig regeneriert werden kann, was hier aufgrund der hohen Temperaturen seltener notwendig sein wird.Incidentally, the method proceeds in the same way as already described for execution in the low pressure range, so that here, for example, the exhaust gas cooler can be regenerated if necessary, which will be necessary here less often because of the high temperatures.
Es wird somit ohne zusätzliche anzubringende Messmittel möglich, die Rußbeladung des Partikelfilters zu ermitteln und somit zum optimalen Zeitpunkt eine Regenerationsphase einzuleiten. Durch das Einsparen weiterer Messmittel entstehen im Vergleich zu bekannten Ausführungen geringere Kosten. Im Vergleich zu Ausführungen, bei denen die Regeneration in festgelegten Intervallen stattfindet, wird Kraftstoff eingespart.It is thus possible without additional measuring means to determine the soot loading of the particulate filter and thus initiate a regeneration phase at the optimum time. By saving further measuring means incurred in comparison to known designs lower costs. Fuel is saved compared to versions where regeneration takes place at fixed intervals.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Sowohl Abgassystem mit einem reinen Niederdruck oder einem reinen Hochdruckkanal aber auch Systeme mit beiden Abgasrückführkanälen eignen sich für das beschriebene Verfahren. Auch können unterschiedlich arbeitende Abgasmassenstromsensoren eingesetzt werden. Das Kennfeld oder die Kennfelder können entweder in einer separaten Steuereinheit oder im Motorsteuergerät hinterlegt werden. Gegebenenfalls kann statt eines Kennfeldes auch ein entsprechender Algorithmus hinterlegt werden, um die Abhängigkeit der Werte wiederzugeben. Die Kennfelder sind für die Motoren jeweils vorab durch Versuche zu ermitteln.It should be understood that the scope of the present application is not limited to the described embodiments. Both the exhaust system with a pure low pressure or a pure high-pressure channel but also systems with two exhaust gas recirculation channels are suitable for the described method. Also different working exhaust gas mass flow sensors can be used. The map or the maps can be stored either in a separate control unit or in the engine control unit. Optionally, instead of a characteristic field, a corresponding algorithm can also be stored in order to reproduce the dependency of the values. The maps are to be determined for the engines in advance by tests.
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