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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines Partikelfilters im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei während einer Messphase ein Gasstrom durch den Partikelfilter erzeugt wird, wobei während der Messphase ein Differenzdruck über dem Partikelfilter oder ein absoluter Druck vor dem Partikelfilter ermittelt wird und wobei die Beladung des Partikelfilters zumindest aus dem Differenzdruck oder dem absoluten Druck bestimmt wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten werden in Abgasnachbehandlungssystemen von Brennkraftmaschinen Partikelfilter eingesetzt. In diesen wird der bei der Verbrennung entstehende Ruß gesammelt. Überschreitet die Beladung mit Ruß im Partikelfilter eine bestimmte Grenze, wird über Eingriffe im Motormanagement die Abgastemperatur soweit angehoben, dass der eingelagerte Ruß verbrennt. Zur Beladungsbestimmung des Rußes im Partikelfilter wird unter anderem der über einem Partikelfilter gemessene Differenzdruck oder der absolute Druck vor dem Partikelfilter verwendet. Der Druckabfall über einem regenerierten Partikelfilter oder der absolute Druck vor dem regenerierten Partikelfilter ist ein Maß für dessen konstruktionsbedingten Strömungswiderstand und der im Partikelfilter verbleibenden Asche. Unterschiede in den Druckwerten bei einem beladenen Partikelfilter und einem regenerierten Partikelfilter sind ein Maß für die eingelagerte Rußmasse.
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Der Strömungswiderstand von Partikelfiltern ist hin zu geringen Werten optimiert, da der Gegendruck die Ausschubarbeit der Brennkraftmaschine und damit deren Kraftstoffverbrauch erhöht. Bei niedrigen Abgasmassenströmen, beispielsweise beim Betrieb der Brennkraftmaschine im Teillastbereich, ist daher der Differenzdruck über dem Partikelfilter sehr gering und kann nur mit einem entsprechend großen Messfehler bestimmt werden. Ebenso kann in einem solchen Fall der Unterschied zwischen dem vor dem Partikelfilter bestimmten absoluten Druck und dem Umgebungsdruck nur ungenau bestimmt werden. Somit besteht das Risiko, durch eine Fehlmessung den Partikelfilter zu überladen. In Folge davon kann die Brennkraftmaschine bei einer höheren Lastanforderung die Motorleistung nicht mehr erbringen, da Abgas aufgrund des zu hohen Abgasgegendrucks in die Brennkraftmaschine zurückgeführt wird. Im ungünstigsten Fall kann es zu Zündaussetzern kommen oder die Brennkraftmaschine kann nicht mehr in Arbeitsbereiche geführt werden, die zur Regeneration des Partikelfilters erforderlich sind. Eine aufgrund der Fehlmessung des Druckes zu frühe Regeneration führt zu häufigeren Regenerationszyklen, was eine schnellere Alterung des Partikelfilters sowie einen erhöhten Kraftstoffverbrauch bewirkt.
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Aus der
DE 10 2011 002 438 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Beladung eines Partikelfilters in einem erweiterten Bereich von Betriebszuständen einer vorgeschalteten Brennkraftmaschine bekannt. Dabei ist es vorgesehen, mittels einer Druckerhöhungseinrichtung einen zusätzlichen Gasstrom in den Abgaskanal und vor dem Partikelfilter einzubringen. Als Druckerhöhungseinrichtung ist eine Sekundärluftpumpe vorgesehen, wie sie auch für die beschleunigte Aufheizung der Katalysatoren beim Start der Brennkraftmaschine verwendet wird. Die Schrift offenbart weiterhin, die Bestimmung der Beladung des Partikelfilters im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine durchzuführen. Die Sekundärluftpumpe kann elektrisch betrieben oder mit der Ausgangsseite eines Turboladers verbunden sein. Nachteilig ist, dass Sekundärluftpumpen als zusätzliches, kostenintensives Bauteil nicht weit verbreitet sind, sodass das Verfahren nur bei vergleichsweise wenigen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann.
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Zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen werden Turbolader eingesetzt. Diese weisen in der Frischluftzuführung der Brennkraftmaschine einen Verdichter auf, der von einer im Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordneten Abgasturbine angetrieben wird. Der Verdichter sorgt für einen erhöhten Ladedruck. Nachteilig weisen sollte Turbolader eine ausgeprägte Anfahrschwäche (Turboloch) auf. Daher werden heute vermehrt zusätzliche elektrisch angetriebenen Verdichter eingesetzt, welche für ein spontanen Ladedruckaufbau sorgen. Der rein elektrisch angetriebenen Verdichter ist nach dem Verdichter des Turboladers und vor oder nach einem Ladeluftkühler in der Luftzuführung der Brennkraftmaschine angeordnet. Die Luftführung des elektrisch angetriebenen Verdichters wird mit Hilfe einer Bypass-Klappe geschaltet. Ist der elektrisch angetriebene Verdichter nicht aktiv, bleibt der Bypass geöffnet, um der Drosselwirkung des nicht angetriebenen Verdichters entgegenzuwirken.
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Ebenfalls bekannt sind elektrisch unterstützte Turbolader (Cross-Charger), die zusätzlich mit einem elektrischen Motor und/oder Generator direkt oder indirekt verbunden sind. Um das Turboloch zu vermeiden, wird der elektrische Motor während der Anfahrphase angesteuert.
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Bei Hybridantrieben mit einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor kann während der Beladungserkennung der Abgasstrom vergrößert werden, indem eine zusätzliche Last für die Brennkraftmaschine, wie beispielhaft der Generator zur Ladung der Batterie, zugeschaltet wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches für viele heute eingesetzte Brennkraftmaschinen eine genaue Bestimmung der Beladung eines Partikelfilters ermöglicht.
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Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine dafür geeignete Steuereinrichtung bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der Gasstrom durch den Partikelfilter durch einen elektrisch unterstützten Turbolader oder einen elektrisch angetriebenen Verdichter erzeugt wird und dass die Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine während der Bestimmung des Differenzdruckes oder des absoluten Druckes zumindest zeitweise gleichzeitig geöffnet oder teilgeöffnet werden. Die gleichzeitige Öffnung der Ein- und Auslassventile ist bei Brennkraftmaschinen mit variablem Ventiltrieb möglich. Durch die Zuschaltung des elektrisch angetriebenen Verdichters oder des elektrisch unterstützten Turboladers wird ein so großer Volumenstrom durch den Partikelfilter erzeugt, dass eine genauere Bestimmung der Rußbeladung aus dem Differenzdruck über dem Partikelfilter oder dem absoluten Druck durchgeführt werden kann. Dadurch kann eine zu hohe Beladung des Partikelfilters verhindert werden, welche dazu führen könnte, dass die Brennkraftmaschine bei einer höheren Lastanforderung die Motorleistung nicht mehr erbringen kann, da Abgas aufgrund des zu hohen Abgasgegendrucks in die Brennkraftmaschine zurückgeführt wird. Weiterhin werden durch eine zu hohe Beladung des Partikelfilters mögliche Zündaussetzer vermieden. Auch wird verhindert, dass die Brennkraftmaschine wegen des zu hohen Abgasgegendrucks nicht mehr in Arbeitsbereiche geführt werden, die zur Regeneration des Partikelfilters erforderlich sind. Durch die genaue Bestimmung der Beladung des Partikelfilters wird auch eine zu frühe Regeneration des Partikelfilters verhindert. Regenerationszyklen, welche zu einer schnelleren Alterung des Partikelfilters sowie zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führen, werden so vermieden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bestimmung des Differenzdruckes oder des absoluten Druckes bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine und/oder im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine. Der elektrisch betriebene Verdichter bzw. der elektrisch unterstützte Turbolader kann dann einen konstant hohen Volumenstrom durch den Partikelfilter treiben, wodurch ausreichend hohe und wenig schwankende Messwerte für die Beladungserkennung erreicht werden können. Das Verfahren kann bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einer vorher festgestellten Häufigkeit ausreichend hoher Volumenströme bei jedem oder bei einer Teilmenge von Steuergeräte-Nachlauf-Phasen durchgeführt werden. Das Verfahren kann bei einem stehenden Fahrzeug als auch bei einem fahrenden Fahrzeug bei stehendem Motor während eines Segelbetriebs oder beim elektrischen Fahren angewendet werden. Ebenfalls ist es möglich, die Messung im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine durchzuführen, bei welchem kein Kraftstoff zugeführt wird, der elektrisch angetriebene Verdichter oder der elektrisch unterstützte Turbolader jedoch elektrisch angetrieben werden.
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Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Gasstrom durch die Brennkraftmaschine zu dem Partikelfilter geleitet wird und/oder dass der Gasstrom durch eine Hochdruck-Abgasrückführung zu dem Partikelfilter geleitet wird. Der Verdichter des elektrisch unterstützten Turboladers bzw. der elektrisch angetriebene Verdichter sind in der Luftzuführung der Brennkraftmaschine angeordnet. Der damit erzeugte Gasstrom kann bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine oder im Schubbetrieb durch die Brennkraftmaschine oder die Hochdruck-Abgasrückführung in den Abgaskanal und zu dem Partikelfilter geleitet werden. Die Leitung des Gasstroms über die Brennkraftmaschine ist bei Brennkraftmaschinen mit variablem Ventiltrieb möglich, während bei mit einer Hochdruck-Abgasrückführung ausgerüsteten Brennkraftmaschinen der Gasstrom auch durch diese geführt werden kann. Dabei ist es möglich, den Gasstrom vollständig durch die Brennkraftmaschine oder die Hochdruck-Abgasrückführung zu leiten oder den Gasstrom anteilig durch die Brennkraftmaschine und die Hochdruck-Abgasrückführung zu führen. Der Weg über die Hochdruck-Abgasrückführung wird vorgezogen, falls eine Auskühlung der Brennräume der Brennkraftmaschine vermieden werden soll oder im Schubbetrieb eine Schwankung des Gasstroms durch die geschleppten Kolben nicht erwünscht ist.
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Soll der Gasstrom oder ein Teilstrom über die Hochdruck-Abgasrückführung geführt werden, so kann dies dadurch erreicht werden, dass ein in der Hochdruck-Abgasrückführung angeordnetes Hochdruck-Abgasrückführungsventil geöffnet wird.
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Entsprechend eine Ausführungsvariante der Erfindung kann der Gasstrom dann erzeugt werden, wenn während der Messphase eine in einer Luftzuführung angeordnete Frischluftdrossel und/oder eine in dem Abgaskanal angeordnete Abgasklappe geöffnet werden. Der elektrisch angetriebene Verdichter bzw. der elektrisch unterstützte Turbolader kann dann Frischluft über die Luftzuführung und die darin angeordnete Frischluftdrossel ansaugen und durch den Abgaskanal und die gegebenenfalls darin angeordnete Abgasdrossel wieder ausstoßen.
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Zur möglichst genauen Bestimmung des Volumenstroms durch den Partikelfilter kann es vorgesehen sein, dass während der Messphase der Luftmassenstrom oder eine mit dem Luftmassenstrom korrelierende Kenngröße ermittelt und bei der Bestimmung der Beladung des Partikelfilters berücksichtigt wird.
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In Ausführungsformen des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Luftmassenstrom oder die damit korrelierende Kenngröße mit einem Luftmengenmesser oder einem Luftmassenmesser und/oder aus der Drehzahl des elektrisch unterstützten Turboladers oder des elektrisch angetriebenen Verdichters und dem Druck vor und nach dem elektrisch unterstützten Turbolader oder dem elektrisch angetriebenen Verdichter oder aus dem elektrischen Leistungsbedarf und der Drehzahl des elektrisch unterstützten Turboladers oder des elektrisch angetriebenen Verdichters oder aus dem elektrischen Leistungsbedarf des elektrisch unterstützten Turboladers oder des elektrisch angetriebenen Verdichters und dem Druck vor und nach dem elektrisch unterstützten Turbolader oder dem elektrisch angetriebenen Verdichter oder aus dem elektrischen Leistungsbedarf und der Drehzahl des elektrisch unterstützten Turboladers oder des elektrisch angetriebenen Verdichters und dem Druck vor und nach dem elektrisch unterstützten Turbolader oder dem elektrisch angetriebenen Verdichter ermittelt wird. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass mehrere Teil-Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit oder zur Plausibilisierung von Messwerten kombiniert werden.
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Zur Vermeidung einer Auskühlung des Frischluft- und Abgaspfades und/oder einer Anreicherung des Abgaspfades und der darin angeordneten Katalysatoren mit Sauerstoff kann es vorgesehen sein, dass während der Messphase der Gasstrom in einem geschlossenen Kreislauf von der Luftzuführung über die Brennkraftmaschine und/oder die Hochdruck-Abgasrückführung, den Abgaskanal mit dem Partikelfilter und eine Niederdruck-Abgasrückführung zurück zu der Luftzuführung geleitet wird. Der Luftmassenmesser wird üblicherweise vor dem Einlass der Niederdruck-Abgasrückführung in die Luftzuführung angeordnet, so dass der in dem geschlossenen Kreislauf geführte Gasstrom den Luftmassenmesser nicht passiert. Vorteilhaft wird bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung der Luftmassenstrom oder die damit korrelierende Kenngröße, wie zuvor beschrieben, aus dem Leistungsbedarf und/oder der Drehzahl des elektrisch angetriebenen Verdichters oder des elektrisch unterstützten Turboladers ermittelt, wobei bei Bedarf der Druckabfall über dem jeweiligen Verdichter berücksichtigt wird.
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Ein geschlossener Kreislauf des Gasstroms kann erreicht werden, indem die Frischluftdrossel und die Abgasklappe geschlossen werden und indem ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil und ein Hochdruck-Abgasrückführungsventil geöffnet werden und/oder indem die Frischluftdrossel und die Abgasklappe geschlossen werden, indem ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil geöffnet wird und indem Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine während der Bestimmung des Differenzdruckes oder des absoluten Druckes zumindest zeitweise gleichzeitig geöffnet oder teilgeöffnet werden.
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Die die Steuereinrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung zur Durchführung mindestens folgender Schritte ausgebildet ist:
- – Erkennung einer Drehzahl von null oder eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine,
- – Öffnen oder teilweises Öffnen der Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine,
- – Ansteuerung eines elektrisch unterstützen Turboladers oder eines elektrisch angetriebenen Verdichters,
- – Ermittlung des Differenzdruckes über dem Partikelfilter oder des absoluten Druckes vor dem Partikelfilter,
- – Bestimmung der Beladung des Partikelfilters aus zumindest dem Differenzdruck oder dem absoluten Druck
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- – Öffnen einer Frischluftdrossel und/oder einer Abgasklappe, oder
- – Schließen der Frischluftdrossel und/oder der Abgasklappe und Öffnen eines Niederdruck-Abgasrückführungsventils.
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Durch diese Ausgestaltung der Steuereinrichtung kann erreicht werden, dass bei der Bestimmung des Differenzdruckes über dem Partikelfilter oder des absoluten Druckes vor dem Partikelfilter immer ein so hoher Gasstrom durch den Partikelfilter getrieben wird, dass der Differenzdruck oder der absolute Druck ausreichend hoch für eine genaue Ableitung seiner Beladung mit Rußpartikeln aus dem Differenzdruck oder des absoluten Druckes ist. Es kann einerseits eine zu hohe Beladung des Partikelfilters verhindert werden und andererseits vermindert die Steuereinrichtung eine aufgrund einer Fehlmessung des Differenzdruckes oder des absoluten Druckes zu frühe Regeneration, welche zu häufigeren Regenerationszyklen und damit einer schnelleren Alterung des Partikelfilters sowie einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führen kann.
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Eine Vergrößerung des Abgas-Volumenstroms bei hybriden Antriebstechnologien unter Verwendung von Brennkraftmaschinen und Elektroantrieben durch eine Verschiebung der Betriebsbedingungen bei der Beladungserkennung in höhere Lastbereiche, beispielhaft durch Zuschaltung eines Generators zur Ladung der Batterie, erübrigt sich durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Brennkraftmaschine mit einer Luftzuführung und einem Abgassystem.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine 10 mit einer Luftzuführung 20 und einem Abgassystem 30. Der Brennkraftmaschine 10 wird über die Luftzuführung 20 Frischluft 21 zugeführt, wie dies durch einen Pfeil angedeutet ist. Entlang der Strömungsrichtung der Frischluft 21 sind ein Luftfilter 22, ein Luftmassenmesser 23 und eine Frischluftdrossel 24 angeordnet. Der Frischluftdrossel 24 nachgeschaltet sind ein Verdichter 51 eines Turboladers 50 und ein Ladeluftkühler 27 vorgesehen. Im Anschluss an den Ladeluftkühler 27 sind ein elektrisch angetriebener Verdichter 25 und in einem dazu parallel verlaufenden Bypass eine Bypass-Klappe 26 angeordnet. Die Luftkanäle sind nach dem elektrisch angetriebenen Verdichter 25 und der Bypass-Klappe 26 wieder zusammengeführt und der Brennkraftmaschine 10 zugeführt. Abgas 36 der Brennkraftmaschine 10 ist entlang eines Abgaskanals 35 des Abgassystems 30 abgeführt. In Strömungsrichtung des Abgases 36 sind eine Abgasturbine 52 des Turboladers 50, ein Oxidations-Katalysator 31, ein Partikelfilter 32 mit einem parallel dazu angeordneten Differenzdrucksensor 33 sowie eine Abgasklappe 34 angeordnet.
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Zwischen dem Abgaskanal 35 und der Luftzuführung 20 ist eine Hochdruck-Abgasrückführung 70 vorgesehen. Die Hochdruck-Abgasrückführung 70 verbindet den Abgaskanal 35, ausgehend von seinem Hochdruckbereich unmittelbar nach der Brennkraftmaschine 10, mit der Luftzuführung 20 vor der Brennkraftmaschine 10. Entlang der Hochdruck-Abgasrückführung 70 sind ein Hochdruck-Abgasrückführungskühler 71 und ein Hochdruck-Abgasrückführungsventil 72 vorgesehen.
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Die von dem Abgas 36 angetriebene Abgasturbine 52 ist mit dem Verdichter 51 des Turboladers 50 gekoppelt. Der Verdichter 51 kann so die der Brennkraftmaschine 10 zugeführte Frischluft verdichten. Optional ist an dem Turbolader 50 eine gestrichelt gezeichnete Motor-Generator-Einheit MGU-H 53 zu einem zusätzlichen elektrischen Antrieb des Turboladers 50 oder zur Erzeugung von elektrischer Energie aus der Bewegungsenergie des Abgases 36 vorgesehen.
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Ebenfalls optional verbindet eine gestrichelt gezeichnete Niederdruck-Abgasrückführung 60 den Abgaskanal 35 nach dem Partikelfilter 32 mit der Luftzuführung 20 vor dem Verdichter 51 des Turboladers 50. Entlang der Niederdruck-Abgasrückführung 60 sind ein Niederdruck-Abgasrückführungskühler 61 und ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil 62 angeordnet.
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Im Betrieb wird die der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Frischluft 21 mit dem Luftfilter 22 gefiltert. Mit dem Luftmassenmesser 23 wird die Masse der Frischluft 21 bestimmt. Vorliegend ist der Luftmassenmesser 23 als Heißfilmluftmassensensor ausgeführt. Über die optional vorgesehene Niederdruck-Abgasrückführung 60 wird der Frischluft 21 ein Teilstrom des Abgases 36 beigemischt. Das so entstehende Luft-/Abgasgemisch wird durch den Verdichter 51 des Turboladers 50 verdichtet, anschließend wird ihm über die Hochdruck-Abgasrückführung 70 ein weiterer Teilstrom des Abgases 36 beigemischt. Das entstandene Gasgemisch wird der Brennkraftmaschine 10 zugeführt. Der über die Niederdruck-Abgasrückführung 60 und die Hochdruck-Abgasrückführung 70 rückgeführte Abgasstrom kann jeweils über das Niederdruck-Abgasrückführungsventil 62 und das das Hochdruck-Abgasrückführungsventil 72 gesteuert und über den Niederdruck-Abgasrückführungskühler 61 bzw. den Hochdruck-Abgasrückführungskühler 71 gekühlt werden.
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Das in der Brennkraftmaschine 10 erzeugte Abgas 36 treibt über die Abgasturbine 52 den Turbolader 50 an und wird dabei auf ein niedrigeres Druckniveau entspannt. Der nachfolgende Oxidations-Katalysator 31 entfernt Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe aus dem Abgas 36. Anschließend werden mit dem Partikelfilter 32 Partikel aus dem Abgas 36 gefiltert. Mit dem Differenzdrucksensor 33 wird der Differenzdruck über dem Partikelfilter 32 gemessen. Dieser wird zur Auswertung an eine nicht gezeigte Steuereinrichtung geleitet. Alternativ kann der Differenzdruck auch mit zwei getrennten, vor und nach dem Partikelfilter 32 angeordneten Drucksensoren bestimmt werden. Der absolute Druck vor dem Partikelfilter 32 kann mit einem einzigen Drucksensor bestimmt werden.
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Der elektrisch angetriebene Verdichter 25 gleicht Anfahrschwächen des Turboladers 50 (Turboloch) aus. Er sorgt nach Ansteuerung für einen spontanen Ladedruckaufbau. Dadurch wird eine leistungsorientierte Auslegung des konventionellen Turboladers 50 ermöglicht, wodurch eine deutliche Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine 10 erreicht werden kann. Der elektrisch angetriebene Verdichter 25 ist nach dem Ladeluftkühler 27 in die Ladeluftstrecke integriert. Ausschlaggebend für die Einbaulage ist die Reduzierung des zu verdichtenden Volumens nach dem elektrisch angetriebenen Verdichter 25. Die Luftführung des elektrisch angetriebenen Verdichters 25 wird mit Hilfe der Bypass-Klappe 26 geschaltet. Diese ist in der Ladeluftstrecke parallel im Bypass-Pfad positioniert. Ist der elektrisch angetriebene Verdichter 25 nicht aktiv, bleibt die Bypass-Klappe 26 geöffnet, um der Drosselwirkung des nicht angesteuerten elektrisch angetriebenen Verdichters 25 entgegenzuwirken.
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Optional zu dem elektrisch angetriebenen Verdichter 25 kann auch die Motor-Generator-Einheit MGU-H 53 vorgesehen und mit dem Turbolader 50 gekoppelt sein. Im elektromotorischen Betrieb wird der Turbolader 50 von der Motor-Generator-Einheit MGU-H 53 angetrieben und verhält sich dann wie der zuvor beschriebene elektrisch angetriebene Verdichter 25. Die Motor-Generator-Einheit MGU-H 53 kann, wie in 1 angedeutet, zwischen der Abgasturbine 52 und dem Verdichter 51 des Turboladers 50 angeordnet sein oder sie kann vor dem Verdichter 51 montiert und mit diesem verbunden sein.
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Überschreitet die Beladung mit Ruß im Partikelfilter 32 eine bestimmte Grenze, wird über Eingriffe des Motormanagements der Ruß im Partikelfilter 32 abgebrannt. Zur Beladungsbestimmung des Rußes im Partikelfilter 32 wird dabei unter anderem der mit Hilfe des Differenzdrucksensors 33 über dem Partikelfilter 32 gemessene Differenzdruck verwendet. Dieser steigt mit steigender Beladung des Partikelfilters 32 sowie mit steigendem Abgasvolumenstrom an. Der Strömungswiderstand des Partikelfilters 32 setzt sich aus den Strömungswiderständen des als Filter verwendeten Monolithen, aus Beiträgen der aus den letzten Regenerationszyklen eingelagerten Asche und der neu angelagerten und zu bestimmenden Partikel zusammen. Insbesondere bei niedrigen Abgasmassenströmen ist der von den Partikeln bewirkte Anteil des Differenzdruckes sehr gering. Daher kann im Niedrig- oder Teillastbereich die Beladung des Partikelfilters 32 nur sehr ungenau bestimmt werden. Dies gilt insbesondere, da der Differenzdruck in Abhängigkeit von dem gepulsten Abgasausstoß der Brennkraftmaschine 10 pulsiert.
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Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, unter Nutzung des elektrischen Verdichters 25 oder des Motorbetriebs des von der Motor-Generator-Einheit 53 elektrisch unterstützten Turboladers 50 einen hohen und konstanten Volumenstrom durch den Partikelfilter 32 zu erzeugen. Dadurch können während einer Messphase hohe und wenig schwankende Messwerte für die Druckdifferenz erhalten werden. Diese ermöglichen unter Berücksichtigung des Volumenstroms des durch den Partikelfilter 32 geleiteten Gases eine genaue Bestimmung der Beladung des Partikelfilters 32.
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Prinzipbedingt ist der elektrisch angetriebene Verdichter 25 oder der elektrisch unterstützte Turbolader 50 während seines Motorbetriebs von dem Abgasstrom und damit von dem Betrieb der Brennkraftmaschine 10 entkoppelt. Beide können somit sowohl bei drehender als auch bei still stehender Brennkraftmaschine 10 betrieben werden.
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Der elektrisch angetriebene Verdichter 25 oder der elektrisch unterstützte Turbolader 50 werden erfindungsgemäß bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine betrieben. Dies kann sowohl bei stehendem Fahrzeug als auch bei fahrendem Fahrzeug (Segelbetrieb, elektrisches Fahren, Schubbetrieb) erfolgen. Die Häufigkeit der so durchgeführten Messungen kann in Abhängigkeit von der Häufigkeit ausreichend hoher Volumenströme im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 10 vorgegeben werden. Ebenfalls möglich ist es, bei jedem x-ten Steuergeräte-Nachlauf eine solche Messung durchzuführen.
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Wird ein Auszustand der Brennkraftmaschine 10 erkannt, so werden entsprechend einer Ausführungsvariante der Erfindung zunächst alle Klappen in der Luftzuführung 20 und im Abgassystem 30 geöffnet. Dies betrifft zumindest die Frischluftdrossel 24 und die gegebenenfalls vorgesehene Abgasklappe 34. Der elektrisch angetriebene Verdichter 25 oder der elektrisch unterstützte Turbolader 50 werden dann elektrisch betrieben. Vorteilhaft wird dabei eine möglichst hohe Drehzahl eingestellt, um einen hohen Volumenstrom zu erhalten. Um den Gasstrom von dem elektrisch angetriebenen Verdichter 25 oder dem elektrisch unterstützten Turbolader 50 in das Abgassystem 20 zu ermöglichen, werden vorzugsweise die Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine 10 gleichzeitig geöffnet oder teilgeöffnet. Dies ist bei Brennkraftmaschinen 10 mit einem variablen Ventiltrieb möglich. Der Gasstrom kann so durch die Brennkraftmaschine 10 geleitet werden. Ebenfalls möglich ist es, einen Teil des Gasstroms durch die Hochdruck-Abgasrückführung 70 von der Luftzuführung 20 in den Abgaskanal 35 zu leiten. Um den Gasstrom durch die Hochdruck-Abgasrückführung 70 zu ermöglichen, wird das Hochdruck-Abgasrückführungsventil 72 geöffnet. Der für die Bestimmung der Beladung erforderliche Luftmassenstrom wird vorzugsweise mit Hilfe des Luftmassenmessers 23 bestimmt. Die Beladung des Partikelfilters 32 wird dann an Hand des mit dem Differenzdruckmesser 33 gemessenen Differenzdruckes und des Luftmassenstroms ermittelt.
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Der Luftmassenstrom kann auch über
- – die Drehzahl und den Druck vor und nach dem elektrischen Verdichter 25 oder dem Verdichter 51 des elektrisch unterstützten Turboladers 50 oder
- – den elektrischen Leistungsbedarf und die Drehzahl des elektrischen Verdichters 25 oder des elektrisch unterstützten Turboladers 50 oder
- – den elektrischen Leistungsbedarf und den Druck vor und nach dem elektrischen Verdichter 25 oder
- – den Druck vor und nach dem Verdichter 51 des elektrisch unterstützten Turboladers 50 und dem elektrischen Leistungsbedarf des elektrisch unterstützten Turboladers 50 oder
- – den elektrischen Leistungsbedarf und die Drehzahl und den Druck vor und nach dem elektrischen Verdichter 25 oder
- – den elektrischen Leistungsbedarf und die Drehzahl des elektrisch unterstützten Turboladers 50 und den Druck vor und nach dem Verdichter 51 des elektrisch unterstützten Turboladers 50
bestimmt werden. Dies ist vorteilhaft, wenn kein Luftmassenmesser 23 vorgesehen ist.
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Für Systeme mit zusätzlicher Niederdruck-Abgasrückführung 60 kann vorteilhaft ein geschlossener Gaskreislauf gebildet werden. Dazu werden die Frischluftdrossel 24 und die Abgasklappe 34 geschlossen. Das Niederdruck-Abgasrückführungsventil 62 wird geöffnet. Weiterhin werden die Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine 10 geöffnet oder teilweise geöffnet. Ausgehend von dem elektrisch angetriebenen Verdichter 25 oder von dem Verdichter 51 des im Motorbetrieb elektrisch unterstützten Turboladers 50 wird der Gasstrom von der Luftzuführung 20 über die Brennkraftmaschine 10 in den Abgaskanal 35 zu dem Partikelfilter 32 geleitet. Von dort gelangt der Gasstrom über die Niederdruck-Abgasrückführung 60 zurück in die Luftzuführung 20. Die Beladung des Partikelfilters 32 kann jetzt anhand des mit dem Differenzdruckmesser 33 gemessenen Differenzdruckes und dem Luftmassenstrom bestimmt werden. Da sich bei dieser Anordnung der Luftmassenmesser 23 außerhalb des Gaskreislaufes befindet, wird der Luftmassenstrom oder eine damit korrelierende Kenngröße, wie zuvor beschrieben, vorteilhaft aus einer Leistungsaufnahme, einer Drehzahl und/oder einem Druckabfall an dem elektrisch angetriebenen Verdichter 25 oder dem elektrisch unterstützen Turbolader 50 bestimmt.
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Durch den geschlossenen Gaskreislauf wird eine Auskühlung des Luft- und Abgaspfades vermieden. Ebenfalls wird eine weitere Anreicherung des Abgaspfades mit den darin angeordneten Katalysatoren, vorliegend dem Oxidationskatalysator 31, mit Sauerstoff verhindert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011002438 A1 [0005]
