DE10213170A1 - Betriebsverfahren für eine mit einem Abgasnachbehandlungssystem arbeitende Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Bei einem Betriebsverfahren für mit einem Abgasnachbehandlungssystem arbeitende Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, wird mit mehreren Betriebsprogrammen gearbeitet, deren erstes, im Sinne einer Eingangsstufe, von einer selbsttätigen Regeneration ausgeht, deren zweites für die Fälle ungünstiger Voraussetzungen für die Regeneration, z. B. auf Grund ungünstiger Fahrzyklen, regenerationsunterstützende Maßnahmen, z. B. durch Anheben der Abgastemperatur, vorsieht und deren drittes, für den Fall nicht irreversibler Schädigungen der Komponenten des Abgassystemes, eine Reaktivierung der geschädigten Komponenten zum Ziel hat.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine mit einem Abgasnachbehandlungssystem arbeitende Brennkraftmaschine, insbesondere für eine mit Dieselkraftstoff betriebene Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Bei einem derartigen, aus der EP 1 028 235 A2 bekannten Betriebsverfahren, das mehrstufig arbeitet, ist als Ausgangszustand ein nicht beladener Partikelfilter vorgesehen und es kommen ausgehend hiervon zwei Sonderbetriebsprogramme zum Einsatz, deren erstes aktiviert wird, wenn die Beladung des Partikelfilters so groß ist, dass dessen Regeneration erforderlich ist. Dieses erste Sonderbetriebsprogramm arbeitet mit Eingriffen in die Steuerung der Brennkraftmaschine derart, dass die Abgastemperatur angehoben wird, die Brennkraftmaschine also mit einem schlechteren Wirkungsgrad arbeitet, und/oder mit einer Zusatzheizeinrichtung.
• Das zweite Sonderbetriebsprogramm wird aktiviert, wenn vorausgegangene Maßnahmen nicht gegriffen haben und der Beladungsgrad über das zulässige, die Aktivierung des ersten Sonderbetriebsprogramms auslösende Beladung hinaus angewachsen ist, der Partikelfilter somit überladen ist. Dieses zweite Sonderbetriebsprogramm sieht eine Verschärfung der Maßnahmen des ersten Sonderbetriebsprogramms vor, nämlich eine weitere Erhöhung der Abgastemperatur. Hierfür werden Betriebszustände der Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei denen extrem hohe Abgastemperaturen erreicht werden, oder die hohen Abgastemperaturen sehr schnell erreicht werden.
• Greifen auch diese Maßnahmen nicht, beispielsweise bei Verstopfung des Partikelfilters mit Asche oder bei einer irreversiblen Schädigung des Partikelfilters, so beispielsweise beim Durchbrechen oder Durchbrennen des Partikelfilters, so werden Fehleranzeigen vorgesehen und es wird, zur Vermeidung von Schädigungen der Brennkraftmaschine, gegebenenfalls in die Brennkraftmaschinensteuerung zur Begrenzung von deren Leistungsabgabe eingegriffen.
• Insgesamt werden somit bei dem bekannten Betriebsverfahren stets ausgehend vom Zustand des Partikelfilters, jeweils nur Maßnahmen eingeleitet, die die Rußbeladung des Partikelfilters als solche betreffen und durch entsprechende Temperaturanhebung das Abbrennen dieses Rußes zum Ziel haben.
• Des Weiteren ist es aus der EP 0 115 722 B1 bekannt, bei einem Betriebsverfahren für eine mit einem einen Partikelfilter umfassenden Abgasnachbehandlungssystem arbeitende Brennkraftmaschine die am Beladungsgrad des Partikelfilters orientierte, gesteuerte Auslösung von dessen Regeneration bezüglich des Auslösezeitpunktes, also des Schwellwertes der Beladung, in Abhängigkeit von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zu variieren, wobei als Steuergrößen Drehzahl und Belastung des Motores vorgesehen sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art bezüglich der Einflussmöglichkeiten auf die Regeneration beeinflussende Faktoren zu erweitern und damit in der Funktionalität zu verbessern.
• Erreicht wird dies im Rahmen der Erfindung mit einem Betriebsverfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 1. Diesem zufolge wird die Funktion der Komponenten des den Partikelfilter umfassenden Abgasnachbehandlungssystemes bei der Festlegung der Verfahrensschritte mit berücksichtigt und fallweise über die Reaktivierung der Komponenten des Abgasnachbehandlungssystemes auf die Regeneration des Partikelfilters Einfluss genommen, wobei davon ausgegangen wird, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen Beladungsgrenze über ein Unterstützungsprogramm für die Regeneration, bei dem mit einer Temperaturanhebung für die Abgase gearbeitet wird, im Regelfall eine Regeneration erreicht werden kann, wenn auf Grund von. Sonderbedingungen die selbsttätig ablaufende Regeneration gestört und dadurch eine höhere Beladung erreicht wird, die als Grenzbeladung kritisch ist.
• Als die selbsttätige Regeneration des Abgasnachbehandlungssystemes negativ beeinflussende Faktoren sind beispielsweise Fahrzyklen zu sehen, die in Abhängigkeit vom entsprechenden Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine zu niedrigeren Abgastemperaturen führen, so dass über die Komponenten des Abgasnachbehandlungssystemes, die das Ansprechen der Regeneration im selbsttätigen Regenerationsbetrieb wesentlich mitbestimmen, keine die Regeneration auslösenden Temperaturen mehr erreicht werden können.
• Als zu beeinflussende Komponenten des Abgasnachbehandlungssystemes sind bei sogenannten CRT-Systemen (Continuously Regenerating Trap-Systemen) beispielsweise der dem Partikelfilter vorgelagerte Oxidationskatalysator zu sehen, der im Regelfall die kontinuierliche Regeneration des Filters bewirkt, aber durch Schwefelanlagerungen in seiner Funktion soweit beeinträchtigt werden kann, dass eine ausreichende Rußregeneration nicht mehr erreicht wird. Als weitere, die Rußzündtemperatur beeinflussende, und damit die Auslösung der Regeneration beeinflussende Komponente sind Einrichtungen zu sehen, bei denen dem Kraftstoff entsprechende, die Rußzündtemperatur absenkende Additive zugeführt werden, oder bei denen stromauf des Partikelfilters die Abgastemperatur durch gesonderte Maßnahmen erhöht wird.
• Über die Erfassung der Häufigkeit der aufeinander folgenden Fälle, in denen das Unterstützungsprogramm mit Erfolg aktiviert wird, lässt sich im Rahmen der Rückkopplungen des Betriebsverfahrens eine Aussage darüber treffen, ob Systemkomponenten des Abgasnachbehandlungssystemes irreversibel geschädigt sind, da bei irreversibler Beschädigung eine jeweilige Regeneration nach Erreichen der Grenzbeladung über die Aktivierung des Unterstützungsprogrammes nicht dazu führen kann, dass die Regeneration wiederum selbsttätig abläuft, vielmehr immer wieder über Aktivierung des Unterstützungsprogrammes angestoßen werden muss. Dementsprechend sind bei einer irreversiblen Schädigung der Komponenten Meldungen an den Fahrer, an die On-Board-Diagnose, und gegebenenfalls auch ein Eingriff in die Steuerung der Brennkraftmaschine (Notfahrbetrieb) erforderlich, um bleibende Schädigungen, beispielsweise des Partikelfilters oder der Brennkraftmaschine auszuschließen.
• Die Frage der irreversiblen Schädigung wird bevorzugt aber nicht allein danach bestimmt, ob die Zusatzmaßnahmen im Rahmen des Unterstützungsprogramms eine Grenzhäufigkeit überschritten haben, sondern es wird das Überschreiten der Grenzhäufigkeit zunächst dazu genutzt, die Reaktivierung der Komponenten des Unterstützungsprogrammes anzustoßen. Führt diese Reaktivierung zu keiner Besserung des Regenerationsverhaltens, so folgt daraus die fortlaufende Einleitung der Zusatzmaßnahmen des Unterstützungsprogrammes, ausgehend von denen bei Überschreiten der Grenzhäufigkeit wiederum das Reaktivierungsprogramm angestoßen wird. Aus dem mehrfachen, aufeinander folgenden Anstoßen des Reaktivierungsprogrammes ergibt sich somit der Ausweis für eine irreversible Schädigung der Komponenten, so dass über diese Information im Weiteren die Auswertung der Grenzhäufigkeit der Aktivierung des Unterstützungsprogrammes im Hinblick auf das Anstoßen des Reaktivierungsprogrammes unterbleibt und die Maßnahmen des Unterstützungsprogrammes hilfsweise zur Durchführung der Regeneration im Hinblick auf den gegebenenfalls als Notfahrbetrieb aufrecht erhaltenen Betrieb der Brennkraftmaschine genutzt werden.
• Damit zeichnet sich das erfindungsgemäße Betriebsverfahren durch eine hohe Treffsicherheit in der Selbstdiagnose aus und gewährleistet, dass sowohl Zusatzmaßnahmen im Rahmen des Unterstützungsprogrammes, insbesondere aber Maßnahmen der Reaktivierung nur dann eingeleitet werden, wenn dies unbedingt erforderlich ist.
• Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand der Zeichnungen noch verdeutlicht und erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 Zustände der Beladung des Partikelfilters, und
• Fig. 2 eine Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens anhand eines Flussdiagramms.
• Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren bezieht sich auf ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Diesel-Brennkraftmaschine, wobei zum Abgasnachbehandlungssystem ein Partikelfilter gehört, der im Regelfall eine katalytische Beschichtung aufweist, sowie, alternativ oder zusätzlich als Komponenten, ein dem Partikelfilter vorgeschalteter Oxidationskatalysator, der mit dem Partikelfilter ein sogenanntes CRT-System bildet, und/oder Einrichtungen zur Dosierung von Additivmengen zum Kraftstoff gehören oder mit zusätzlichen, der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur gearbeitet wird. Aus dem über den Partikelfilter fließenden Abgasstrom ausgefilterte Feststoffpartikel, insbesondere Ruß, werden auf den Filterflächen abgelagert, so dass sich eine Beladung ergibt, die, soweit abbrennbar, regenerativ durch Abbrennen abgebaut wird. Hierzu sind in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Ablagerungen gewisse Mindesttemperaturen erforderlich, die durch zum Kraftstoff beigegebene Additive beeinflusst werden können, wobei das gegebene Temperaturprofil insbesondere auch von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine abhängig ist. Wird die für die Auslösung der Regeneration erforderliche Grenztemperatur erreicht, so läuft diese im Rahmen des Regelarbeitsbetriebes üblicherweise selbsttätig ab, so dass kritische Beladungsgrenzen im Regelfall nicht erreicht werden.
• In Fig. 1 sind verschiedene Beladungszustände veranschaulicht, wobei unter a) der vorgeschilderte Fall veranschaulicht ist, nämlich der Regelarbeitsbetrieb mit selbsttätiger Regeneration, so dass die durch die Volllinie 1 dargestellte, tatsächliche Beladung unterhalb einer Grenzbeladung 2 verbleibt, die als Strichlinie veranschaulicht ist.
• Ausgehend hiervon sind nachfolgend unter b) bis e) verschiedene Beladungszustände veranschaulicht, in denen entsprechende Verfahrensschritte im Rahmen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens zugeordnet sind, wobei diese Verfahrensschritte mit I bis IV auch in Fig. 2 angesprochen sind.
• Bei dem Beladungszustand, wie er unter b) dargestellt ist, bedingen ungünstige Betriebsbedingungen, so beispielsweise ein Fahrzyklus, bei dem nur geringe Abgastemperaturen erreicht werden, für einen gewissen Zeitraum Betriebsbedingungen, bei denen keine selbsttätige Regeneration stattfindet, so dass die tatsächliche Beladung 1 bis auf die Grenzbeladung 2 ansteigt. Dies löst den Verfahrensschritt I aus, nämlich die Aktivierung eines Unterstützungsprogrammes, bei dem die Abgastemperatur beispielsweise durch Verstellen des Motors und/oder durch Zuschalten eines zusätzlichen Brenners angehoben wird, so dass die Regeneration stattfindet und unter der Voraussetzung geeigneter Betriebsbedingungen seitens der Brennkraftmaschine und eines dadurch gegebenen, ausreichenden Temperaturprofils weiterhin eine selbsttätige Regeneration stattfinden kann.
• Unter c) ist der Fall veranschaulicht, dass auf Grund mangelnder selbsttätiger Regeneration in aufeinander folgenden Intervallen jeweils die Grenzbeladung 2 erreicht wird, wobei damit verbunden jeweils der Verfahrensschritt I ausgelöst wird. Die Häufung der Notwendigkeit, das Unterstützungsprogramm zu aktivieren und dadurch die Rußbeladung abzusenken, wird als Auslöser dafür genommen, einen Verfahrensschritt II einzuleiten, nämlich eine Reaktivierung der Komponenten, bzw. eine Überprüfung der Komponenten vorzunehmen, die im Regelarbeitsbetrieb die Regenerationstemperatur absenken. Die Reaktivierung besteht beispielsweise darin, durch Einstellung sehr hoher Abgastemperaturen durch Schwefel vergiftete Katalysatoren zu regenerieren oder die Zudosierung von. Additiven im Rahmen vorgegebener Grenzen dahingehend zu korrigieren, dass sich wiederum eine selbsttätige Regeneration einstellt, wie in der Darstellung c) auslaufend gezeigt.
• Unter d) ist ergänzend veranschaulicht, dass der Verfahrensschritt II, auch in einfacher oder mehrfacher Wiederholung, nicht zum Ziel geführt hat, der Beladungsgrad ungeachtet der Durchführung von Reaktivierungsmaßnahmen gemäß Verfahrensschritt II also nicht dauerhaft unterhalb der Grenzbeladung 2 gehalten werden kann. Hieraus ist auf eine irreversible Schädigung der Komponenten zu schließen, mit der Notwendigkeit der Einleitung eines Verfahrensschrittes IV, nämlich der Abgabe einer Meldung an die On-Board-Diagnose des jeweiligen Fahrzeuges, oder eine anderweitige Benachrichtigung des Fahrers, und gegebenenfalls auch mit einem Eingriff in die Steuerung der Brennkraftmaschine, durch den diese zur Vermeidung bleibender Schäden auf einen Notfahrbetrieb in ihrer Leistungsabgabe reduziert wird. Damit verbunden ist des Weiteren im Rahmen des betriebsgemäßen Verfahrens, wie auch in Fig. 2 veranschaulicht, dass die Regeneration, soweit möglich, über das Unterstützungsprogramm gemäß Verfahrensschritt I immer wieder angestoßen wird, so dass die erforderliche Durchlässigkeit des Partikelfilters in dem für den Notfahrbetrieb notwendigen Umfang aufrecht erhalten werden kann.
• Wie unter e) dargestellt, können auch diese Maßnahmen unter Umständen letztlich nicht mehr zur Absenkung der Filterbeladung führen, beispielsweise durch eine zu hohe Aschebeladung, so dass sich Gegendrücke aufbauen, die in der Folge letztlich einen Betrieb der Brennkraftmaschine ausschließen würden. Dementsprechend ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, nach erfolgloser Durchführung der Reaktivierung der Komponenten gemäß Verfahrensschritt II und Aufrechterhaltung des Regenerationsbetriebes auf Basis von Zusatzmaßnahmen gemäß Unterstützungsprogramm - Verfahrensschritt I - einen Verfahrensschritt III vorzusehen, der auf Basis einer vorgegebenen Anzahl erfolgreicher Regenerationen gemäß Verfahrensschritt I eine Meldung an den Fahrer oder an die On-Board-Diagnose, gegebenenfalls verbunden mit weiteren Einschränkungen für den Betrieb der Brennkraftmaschine auslöst, da die im Rahmen des Betriebsverfahrens durchlaufenen Überwachungs- und Kontrollschritte gemäß Fig. 2 darauf hindeuten, dass das Abgasnachbehandlungssystem gegebenenfalls durch Aschebeladung einen für die Gasdurchlässigkeit kritischen Grad überschritten hat und durch Erhöhung des Abgasgegendruckes zu einer unzulässigen Belastung der Brennkraftmaschine führen kann.
• In Fig. 2 werden die vorgeschilderten, im Rahmen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens fallweise auftretenden Verfahrensschritte an Hand eines schematisierten und vereinfachten Flussdiagrammes nochmals veranschaulicht, wobei das Flussdiagramm auch die durch Rückkopplung eingespeisten Verfahrensergebnisse in ihrer Auswirkung auf den weiteren Verfahrensablauf erkennen lässt, z. B. die unmittelbare Aktivierung des Unterstützungsprogramms (Verfahrensschritt I) bei bereits festgestellter Unfähigkeit der Reaktivierung der Komponenten (Reaktivierungsprogramm - Verfahrensschritt II) nach mehrfach aufeinander folgender erfolgreicher Durchführung des Verfahrensschrittes I.
• Bei einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für mit einem Abgasnachbehandlungssystem arbeitende Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, wird mit mehreren Betriebsprogrammen gearbeitet, deren erstes, im Sinne einer Eingangsstufe, von einer selbsttätigen Regeneration ausgeht, deren zweites für die Fälle ungünstiger Voraussetzungen für die Regeneration zum Beispiel auf Grund ungünstiger Fahrzyklen, regenerationsunterstützende Maßnahmen, z. B. durch Anheben der Abgastemperatur vorsieht und deren drittes, für den Fall nicht irreversibler Schädigungen der Komponenten des Abgassystemes, eine Reaktivierung der geschädigten Komponenten zum Ziel hat.

Claims (7)

1. Betriebsverfahren für eine mit einem Abgasnachbehandlungssystem arbeitende Brennkraftmaschine, insbesondere für eine mit Dieselkraftstoff betriebene Brennkraftmaschine, bei dem mit mehreren, insbesondere gestuft einsetzbaren Betriebsprogrammen für das mit einem Partikelfilter arbeitende Abgasnachbehandlungssystem gearbeitet wird, bei dem der Partikelfilter beladungsabhängig regeneriert und auf Überschreiten einer Grenzbeladung überwacht wird und bei dem von den Betriebsprogrammen eines als Unterstützungsprogramm für die Regeneration mit Temperaturanhebung der dem Partikelfilter zugeführten Abgase arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass ergänzend zum Unterstützungsprogramm (Verfahrensschritt I) als weiteres Betriebsprogramm mit einem Reaktivierungsprogramm (Verfahrensschritt II) für neben dem Partikelfilter dem Abgasnachbehandlungssystem zugehörige Komponenten gearbeitet wird und dass das Reaktivierungsprogramm (Verfahrensschritt II) in Abhängigkeit davon eingesetzt wird, dass die Anzahl aufeinander folgender, vorausgegangener und erfolgreicher Aktivierungen des Unterstützungsprogramms (Verfahrensschritt I) größer als eine vorgegebene Grenzhäufigkeit ist.

2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturanhebung der Abgase im Rahmen des Unterstützungsprogrammes (Verfahrensschritt I) durch Verstellen der Brennkraftmaschine vorgenommen wird.

3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturanhebung der Abgase im Rahmen des Unterstützungsprogrammes (Verfahrensschritt I) durch Fremdwärmezufuhr erreicht wird.

4. Betriebsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zur Temperaturanhebung kurzzeitig eingesetzt werden.

5. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponenten des Abgasnachbehandlungssystemes über das Reaktivierungsprogramm (Verfahrensschritt II) eine katalytische Beschichtung des Partikelfilters und/oder ein Oxidationskatalysator und Partikelfilter umfassendes CRT-System und/oder eine Einrichtung zur Zuführung von Additiven zum Kraftstoff und/oder eine der Brennkraftmaschine nachgeschaltete Einrichtung zur Aufwärmung des Abgases beaufschlagt werden.

6. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Unterstützungsprogramm (Verfahrensschritt I) ein Regelarbeitsprogramm mit selbständig arbeitender Regeneration des Partikelfilters vorgelagert ist.

7. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über das Betriebsverfahren eine permanente Ermittlung der Filterbeladung vorgenommen und bei Überschreiten einer Grenzbeladung unterstützende Maßnahmen zur Filterregeneration eingeleitet werden.