DE102019110943A1

DE102019110943A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters

Info

Publication number: DE102019110943A1
Application number: DE102019110943.4A
Authority: DE
Inventors: Joschka Schaub; Christian Frenken; Carole QUEREL
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-05-02
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2019-06-13
Also published as: DE102018110512A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters einer Verbrennungskraftmaschine. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte des Bestimmens von aktuellen Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine (18), des Ermittelns, ob die aktuellen Betriebsbedingungen für eine Regeneration des Partikelfilters (14) ausreichend sind, des Bestimmens einer für die Regeneration notwendigen Lasterhöhung der Verbrennungskraftmaschine (18), für den Fall, dass die Betriebsbedingungen unterhalb der für eine Regeneration notwendigen Betriebsbedingungen liegen, und des Betreibens eines über eine Batterie (38) gespeisten elektrischen Verdichters (22) zur Erzielung der ermittelten notwendigen Lasterhöhung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters einer Verbrennungskraftmaschine und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
Aus der EP 2 309 102 A1 ist ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters bekannt, bei welchem über den Betrieb eines elektrischen Verdichters ein Teil der Einlassluft an dem Verbrennungsmotor vorbei direkt in den Abgasstrang vor den Partikelfilter geleitet wird, so dass es zu einer Temperaturerhöhung im Partikelfilter kommt.
Die erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte des Bestimmens von aktuellen Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine, des Ermittelns, ob die aktuellen Betriebsbedingungen für eine Regeneration des Partikelfilters ausreichend sind, des Bestimmens einer für die Regeneration notwendigen Lasterhöhung der Verbrennungskraftmaschine für den Fall, dass die Betriebsbedingungen unterhalb der für eine Regeneration notwendigen Betriebsbedingungen liegen, und des Betreibens eines über eine Batterie gespeisten elektrischen Verdichters zur Erzielung der ermittelten notwendigen Lasterhöhung.
Als Betriebsbedingungen im Sinne der Erfindung werden dabei Werte verstanden, wie beispielsweise die Abgastemperatur, der aktuelle Lastzustand der Verbrennungskraftmaschine, die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine oder eine Kraftstoffeinspritzm enge.
Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass durch den elektrischen Verdichter der Abgasturbolader weniger beansprucht wird. Dadurch fällt der Temperaturverlust durch den Abgasturbolader geringer aus, so dass am Partikelfilter eine höhere Temperatur bereitgestellt werden kann. Diese Temperatur am Partikelfilter wird zusätzlich dadurch erhöht, dass durch Zuschalten des durch eine Batterie mit Strom versorgten elektrischen Verdichters ein Lastmoment auf die Verbrennungskraftmaschine von einem die Batterie ladenden und von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generators erhöht wird. Dadurch können geeignete Bedingungen zur Regeneration des Partikelfilters künstlich geschaffen werden. Regenerationsabbrüche können vermieden werden, so dass unnötige Aufheizphasen des Partikelfilters entfallen und somit die Lebensdauer des Partikelfilters erhöht wird. Zusätzlich werden durch die Verringerung der Regenerationsabbrüche der Kraftstoffverbrauch und damit die Emissionen vermindert. Auch kann der Partikelfilter regelmäßiger regeneriert werden, so dass ein durchschnittlicher Gegendruck durch den Partikelfilter geringer ist und damit der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen vermindert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der elektrische Verdichter über eine 48V Batterie betrieben. Dadurch ist eine Nutzung eines in der Regel auf 48V ausgelegten Hybridsystems auch für den Regenerationsbetrieb möglich. Daraus ergibt sich, dass die Kosten für weitere Bauteile gering gehalten werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Bestimmung der aktuellen Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine während der Regeneration kontinuierlich durchgeführt. Als kontinuierlich im Sinne der Erfindung wird verstanden, dass die Betriebsbedingungen entweder in Echtzeit oder mit einer vorbestimmten Abtastrate ermittelt werden. Dadurch kann überwacht werden, ob die Betriebsbedingungen unterhalb die für die Regeneration notwendigen Betriebsbedingungen fallen, um rechtzeitig durch eine Lasterhöhung ausreichende Betriebsbedingungen für eine Regeneration zu gewährleisten und um damit Regenerationsabbrüche zu vermeiden.
Vorzugsweise bewirkt eine Ladedruckregelung während eines Betriebes des elektrischen Verdichters ein Öffnen eines Abgasturboladers oder eines Bypasses. Bei einem Öffnen des Abgasturboladers wird dabei der Anstellwinkel von Leitschaufeln der Turbine verändert, so dass sich eine Drehzahl der Turbine und damit des Verdichters verringert, was wiederum zu einem reduzierten Ladedruck führt. Ein reduzierter Ladedruck wird ebenso durch ein Öffnen des Bypasses erzielt, bei welchem zumindest ein Teil des Abgases an der Turbine vorbeigeleitet und somit die Drehzahl der Turbine und damit des Verdichters verringert wird. Durch eine Reduzierung des Ladedrucks des Abgasturboladers wird der Temperaturverlust über die Turbine vermindert, so dass vor dem Partikelfilter eine höhere Temperatur anliegt.
Vorteilhafterweise wird während des Betriebs des elektrischen Verdichters der Ladezustand der Batterie überwacht. Dabei wird insbesondere überwacht, dass die Batterie nicht unter eine bestimmte Ladung fällt. Für den Fall, dass die Batterie unter eine bestimmte Ladung fällt wird entweder die Last an der Verbrennungskraftmaschine erhöht oder die Regeneration wird abgebrochen. Dadurch wird die Batterie geschützt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durchgeführt mit einer Vorrichtung, welche einen elektrischen Verdichter, welcher Luft im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine verdichtet, eine Batterie, welche eingerichtet ist, zum Betrieb des elektrischen Verdichters, Strom bereitzustellen, eine Messeinrichtung, zur Messung von Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine, ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine, den elektrischen Verdichter zuzuschalten, umfasst. Das Steuergerät für die Vorrichtung weist dabei eine Empfangseinrichtung zum Empfangen der Messwerte der Messeinrichtung, eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Messwerte und eine Steuereinrichtung zum Erzeugen eines Steuerbefehls für den elektrischen Verdichter auf. Die Vorrichtung hat dabei den Vorteil, dass mittels der Messeinrichtung und des Steuergeräts die für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte Lasterhöhung der Verbrennungskraftmaschine ermittelt wird. Anhand dieses Wertes wird ein Motor zum Betreiben des elektrischen Verdichters der Vorrichtung angesteuert, so dass Betriebsbedingungen erzeugt werden, welche für eine Regeneration des Partikelfilters ausreichend sind.
Die Erfindung umfasst zusätzlich ein Computerprogrammprodukt, welches eingerichtet ist jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Vorteilhafterweise hat das Steuergerät Zugriff auf das Programm des Computerprogrammproduktes, so dass das Steuergerät nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens die Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine und eine notwendige Lasterhöhung bestimmen kann. Dadurch können die zu dem erfindungsgemäßen Verfahren angegebenen Vorteile erzielt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren der bevorzugten Ausführungsbeispiele. Dabei zeigt

1 Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regeneration eines Partikelfilters 14 einer Verbrennungskraftmaschine 18. Die Vorrichtung 10 umfasst einen elektrischen Verdichter 22, welcher in einem Ansaugtrakt 26 der Verbrennungskraftmaschine 18 stromaufwärts einer Verdichterseite 30 eines Abgasturboladers 34 angeordnet ist. Bei einem Betrieb des elektrischen Verdichters 22 wird Luft im Ansaugtrakt 26 der Verbrennungskraftmaschine 18 verdichtet. Die Vorrichtung 10 umfasst zusätzlich eine Batterie 38, welche über einen von der Verbrennungskraftmaschine 18 angetriebenen Generator 40 geladen wird. Zum Betrieb des elektrischen Verdichters 22 wird ein den elektrischen Verdichter 22 antreibender Motor 41 von der Batterie 38 mit Strom versorgt. Die Vorrichtung 10 umfasst darüber hinaus eine Messeinrichtung 42, welche Betriebsbedingungen, wie beispielsweise eine Abgastemperatur, eine Leistung, eine Kraftstoffeinspritzmenge oder eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 18 misst. Die Messeinrichtung 42 übermittelt die gemessenen Betriebsbedingungen an ein Steuergerät 46, welches anhand dieser Betriebsbedingungen eine Zuschaltung des elektrischen Verdichters 22 steuert. Während des Betriebs des elektrischen Verdichters 22 überwacht das Steuergerät 46 zusätzlich den Ladezustand der Batterie 38. Um den Ladedruck zu regeln umfasst die Vorrichtung 10 zusätzlich ein Bypass- oder Wastegateventil 50, welches in einem Bypass bzw. Wastegate 54 angeordnet ist. Durch ein Öffnen dieses Bypass- oder Wastegateventils 50 wird eine in einem Abgastrakt 56 angeordnete Turbinenseite 58 des Abgasturboladers 34 umgangen, so dass ein durch die Turbine 58 des Abgasturboladers 34 strömender Abgasmassenstrom zumindest reduziert ist. Dadurch wird eine Drehzahl des Abgasturboladers 34 reduziert und die vor dem Partikelfilter 14 anliegende Abgastemperatur erhöht. Der gleiche Effekt wird auch dadurch erzielt, dass Leitschaufeln (nicht gezeigt) der Turbine 58 des Abgasturboladers 34 geöffnet werden, so dass ein Strömungswiderstand der Turbine 58 verringert wird. Durch Erhöhen der Temperatur vor dem Partikelfilter 14 kann somit eine ausreichende Temperatur für eine Regeneration des Partikelfilters 14 sichergestellt werden.
In einem nicht gezeigten möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der elektrische Verdichter 22 im Ansaugtrakt 26 stromabwärts der Verdichterseite 30 des Abgasturboladers 34 angeordnet.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regeneration eines Partikelfilters 14 einer Verbrennungskraftmaschine 18. Dieses Verfahren umfasst dabei die Schritte des Bestimmens der aktuellen Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine 18. In einem nächsten Schritt wird innerhalb des Steuergeräts 46 ermittelt, ob die Betriebsbedingungen für eine Regeneration ausreichend sind. Für den Fall, dass die Betriebsbedingungen ausreichend sind, wird mit einer Regeneration des Partikelfilters 14 begonnen. Während der Regeneration werden kontinuierlich die Betriebsbedingungen bestimmt und geprüft, ob diese für eine Regeneration ausreichend sind. Für den Fall, dass die Betriebsbedingungen zu Beginn oder während einer Regeneration nicht ausreichend sind, bestimmt das Steuergerät 46 die für eine Regeneration notwendige Lasterhöhung der Verbrennungskraftmaschine 18. Entsprechend der Lasterhöhung steuert das Steuergerät 46 über den Motor 41 den elektrischen Verdichter 22. Während des Betriebs des elektrischen Verdichters 22 überwacht das Steuergerät 46 den Ladezustand der Batterie 38. Durch einen Betrieb des elektrischen Verdichters 22 erhöht sich die Last auf den Generator 40 und damit auf die Verbrennungskraftmaschine 18. Dadurch kann eine Regeneration auch bei nicht optimalen Betriebsbedingungen durchgeführt werden. Auch muss eine Regenration nicht abgebrochen werden, wenn die Betriebsbedingungen unterhalb von für die Regeneration notwendigen Bedingungen fallen. Dadurch können somit Regenerationsabbrüche vermieden werden, so dass unnötige Aufheizphasen des Partikelfilters 14 entfallen und somit die Lebensdauer des Partikelfilters 14 erhöht wird. Zusätzlich werden durch die Verringerung der Regenerationsabbrüche der Kraftstoffverbrauch und damit die Emissionen vermindert.
Zur Durchführung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens hat das Steuergerät 46 Zugriff auf ein ein Computerprogrammprodukt umfassendes Programm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2309102 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (14) einer Verbrennungskraftmaschine (18), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Bestimmen von aktuellen Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine (18), - Ermitteln, ob die aktuellen Betriebsbedingungen für eine Regeneration des Partikelfilters (14) ausreichend sind, - Bestimmen einer für die Regeneration notwendigen Lasterhöhung der Verbrennungskraftmaschine (18), für den Fall, dass die Betriebsbedingungen unterhalb der für eine Regeneration notwendigen Betriebsbedingungen liegen, und - Betreiben eines über eine Batterie (38) gespeisten elektrischen Verdichters (22) zur Erzielung der ermittelten notwendigen Lasterhöhung.
Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (14) einer Verbrennungskraftmaschine (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verdichter (22) über eine 48V Batterie (38) betrieben wird.
Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (14) einer Verbrennungskraftmaschine (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der aktuellen Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine (18) während der Regeneration kontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (14) einer Verbrennungskraftmaschine (18) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladedruckregelung während eines Betriebes des elektrischen Verdichters (22) eine Öffnung eines Abgasturboladers (34) oder eines Bypasses (54) bewirkt.
Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (14) einer Verbrennungskraftmaschine (18) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des elektrischen Verdichters (22) der Ladezustand der Batterie (38) überwacht wird.
Vorrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung (10): - einen elektrischen Verdichter (22), welcher Luft im Ansaugtrakt (26) der Verbrennungskraftmaschine (18) verdichtet, - eine Batterie (38), welche eingerichtet ist, zum Betrieb des elektrischen Verdichters (22), Strom bereitzustellen, - eine Messeinrichtung (42), zur Messung von Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine (18), - ein Steuergerät (46), welches eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine (18) den elektrischen Verdichter (22) zuzuschalten, umfasst.
Steuergerät (46) nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät (46) eine Empfangseinrichtung zum Empfangen der Messwerte der Messeinrichtung (42), eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Messwerte und eine Steuereinrichtung zum Erzeugen eines Steuerbefehls für den elektrischen Verdichter (22) aufweist.
Computerprogrammprodukt, umfassend ein Programm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.