DE3219947A1

DE3219947A1 - Verfahren zum regenerieren eines russfilters von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3219947A1
Application number: DE19823219947
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl.-Ing. 8000 München Distel; Hans 8000 München Gröner; Peter Dipl.-Ing. 8069 Schweitenkirchen Kugland
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1983-12-01

Description

Verfahren zum Regenerieren eines-Rußfilters von Brenn-
kraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regenerieren eines Rußfilters von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Diesel-Brennkraftmaschinen, bei dem ein Ruß-Abbrennvorgang in von dem am Rußfilter auftretenden Differenzdruck abhängigen Abständen eingeleitet wird.
Bei einem aus der DE-OS 25 19 609 bekannten Verfahren dieser Art ist das Kriterium für das Einleiten eines Ruß-Abbrennvorgangs allein dieser Differenzdruck. Dies ist jedoch ein nur unzureichendes Maß für die entscheidende Größe der tatsächlichen Rußbeladung des Rußfilters.
Die Folge davon ist, daß entweder ein Ruß-Abbrennvorgang zu häufig durchgeführt wird und dadurch der Kraftstoffverbrauch ansteigt oder das Abbrennen zu selten durchgeführt wird und das Rußfilter durch die gerade bei diesem Abbrennen auftretenden hohen Temperaturen thermisch übermäßig stark belastet wird. In diesem Fall ist zusätzlich die gerade bei großer Rußbeladung des Rußfilters auftretende übermäßige Belastung der Brennkraftmaschine von Nachteil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Abbrennvorgang stets eingeleitet wird, wenn die Rußbeladung des Rußfilters ein vorgegebenes Maß erreicht hat.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Differenzdruck auf eine für die Abgasrate repräsentative Größe bezogen wird.
Aufgrund der Gegenüberstellung von Differenzdruck und Abgasrate, d.h. Abgasmenge pro Zeit, läßt sich mit geringem Aufwand die tatsächliche Rußbeladung des Rußfilters erkennen und ein Abbrennvorgang erforderlichenfalls einleiten. Die durch das Rußfilter insgesamt auftretende Belastung der Brennkraftmaschine und die durch das Abbrennen hervorgerufene thermische Belastung des Rußfilters lassen sich dadurch gering halten.
Mit geringem Aufwand erreichbare Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß die für die Abgasrate repräsentativen Größen die Drehzahl in Verbindung mit Abgastemperatur oder Kraftstoffrate bzw. die Abgasrate selbst ist. Während Drehzahl und Abgastemperatur bzw.
Kraftstoffrate mit Hilfe von in der Regel bereits an der Brennkraftmaschine angeordneten Gebern und daraus mit Hilfe eines vorhandenen Kennfelds die Abgasrate zu gewinnen sind, kann die Abgasrate auch auf andere Weise indirekt bestimmt werden. Sie ergibt sich auch als die Summe der pro Zeiteinheit der Brennkraftmaschine zugeführten Luft und des Kraftstoffs, die beispielsweise im Rahmen eines vorhandenen Einspritzsystems ohnehin bestimmt werden. Alternativ kann die Abgasrate auch direkt durch einen gesonderten Messer im Abgasstrom entsprechend dem üblichen Luftmengenmesser im Ansaugstrom der Brennkraftmaschine bestimmt werden.
Aus den Werten für den Differenzdruck und die Abgasrate kann nun auf einfache Weise mit Hilfe eines Kennfelds für vorgegebene Werte dieser Größen ein Vergleich durchgeführt und bei Übereinstimmung der aktuellen und vorgegebenen Werte ein Abbrennvorgang eingeleitet werden.
Einer der Grundgedanken der Erfindung, die thermische Belastung des Rußfilters gerade während des Abbrennvorgangs auf ein geringes Maß zu beschränken, führt nun zu einer Weiterbildung der Erfindung. Diese besteht darin, zum Einleiten und Durchführen eines Abbrennvorgangs zusätzlichen Kraftstoff auf den Rußfilter in einer Menge zu geben, die von dem Differenzdruck und der für die Abgasrate repräsentativen Größe abhängig ist. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, bei dem mit Hilfe einer Initialzündquelle lediglich der Zündvorgang eingeleitet wird und weitgehend unkontrolliert abläuft, läßt sich durch den Kraftstoff einerseits der Abbrennvorgang bei niedrigen Abgastemperaturen einleiten und andererseits während des Abbrennvorgangs auf einem vorgegebenen, für das Rußfilter unkritischen Temperaturniveau halten. Das Einleiten des Abbrennvorgangs bei relativ niedrigen Abgastemperaturen bietet darüber hinaus den Vorteil, daß der Abbrennvorgang bei in der Regel dann vorhandener geringer Belastung der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Die Steuerung des Abbrennvorgangs durch Zugabe von Kraftstoff läßt sich noch dadurch verfeinern, daß der Kraftstoff während des Abbrennvorgangs getaktet zugeführt wird. Durch geeignete Wahl des Impuls-Pausenverhältnisses und der Taktfrequenz läßt sich jede gewünschte Temperatur des Rußfilters während des Abbrennvorgangs einstellen und aufrechterhalten.
Die gezielte Zufuhr von Kraftstoff auf das Rußfilter ermöglicht ferner, ungünstige Belastungen der Brennkraftmaschine durch einen unerwünschten Ruß-Abbrennvorgang auf dem Rußfilter zu vermeiden. Dies geschieht dadurch, daß bei kalter oder bei sehr heißer Brennkraftmaschine kein Kraftstoff dem Rußfilter zugeführt und daher ein Ruß-Abbrennvorgang nicht eingeleitet wird. Erst wenn die Brennkraftmaschine ihre normale Betriebstemperatur (wieder) erreicht hat, werden Abbrennvorgänge durchgeführt, die dann die Brennkraftmaschine nicht mehr stark belasten und nach ihrer Durchführung eine erhebliche Entlastung der Brennkraftmaschine infolge des dann weitgehend rußfreien Rußfilters mit sich bringen. Kurzzeitige Abgas-Temperaturerhöhungen während der Regeneration, etwa als Folge einer Vollast-Beschleunigung, können sowohl bei einem durchströmten als auch bei einem nichtdurchströmten Filter durch Anpassen der gepulsten Kraftstoffzufuhr so ausgeglichen werden, daß kein nachteiliger Einfluß für die Brennkraftmaschine oder den Filter auftritt.
Als weitere Möglichkeiten, den Ruß-Abbrennvorgang in gewünschter Weise durchzuführen, kann die Kraftstoffzufuhr in der Weise erfolgen, daß der Kraftstoff über eine Glüh-oder Zündkerze geführt ist und daher bei Auftreffen auf das Rußfilter bereits erwärmt und zumindest teilweise verbrannt ist.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der dem Rußfilter zugeführte Kraftstoff auch mit Hilfe eines Druckluftstroms befördert werden. Der Kraftstoff wird dadurch besser aufbereitet und der Rußfilter zusätzlich mit Sauerstoff versorgt. Ferner können Schwierigkeiten wegen des sich aufgrund der pulsierenden Abgasströmung und des sich vor und während eines Abbrennvorgangs ändernden, am Rußfilter auftretenden Druckgefälles, für die Kraftstoffzufuhr zum Rußfilter weitgehend eliminiert werden.
In jedem Fall läßt sich auf einfache Weise eine Steuerung der zugeführten Kraftstoffmenge dadurch erreichen, daß diese Menge mit Hilfe eines Kennfelds aus den vorliegenden Parametern Differenzdruck am Rußfilter, Abgasmenge und ggf. Temperatur der Abgase bzw. der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Dabei läßt sich eine weitere Vereinfachung des konstruktiven Aufwands dadurch erzielen, daß der Kraftstoff mit dem der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff identisch ist und aus deren Versorgungssystem entnommen wird.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der sich das erfindungsgemäße Verfahren zum gezielten und brennkraftmaschinen-schonenden Regenerieren eines Rußfilters durchführen läßt.
Ein Rußfilter 1 mit honigwabenförmiger Struktur ist im Abgaskanal 2 einer lediglich hinsichtlich ihrer Brennkammerauslässe 3 dargestellten Diesel-Brennkraftmaschine angeordnet. Bei einer vorgegebenen Ruß-Beladung des Rußfilters 1 wird ein Abbrennvorgang durchgeführt. Die Beladung des Rußfilters wird aufgrund des Differenzdrucks der beiden Drücke p1 und P2 vor und hinter dem Rußfilter 1 und der momentanen Abgasrate mA bestimmt. Letztere Größe ergibt sich aus den Raten der der Brennkraftmaschine zugeführten Luft und des Kraftstoffs, die beispielsweise mit einem üblichen Luftmengenmesser und aus der Spritzdauer einer Einspritzdüse in Verbindung mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Die Abgasrate mA ist, bei Berücksichtigung der Laufzeit, gleich der Summe der entsprechenden Werte für Ansaugluft und dem der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff.
Die Werte des Di-fferenzdrucks p1 - p2 und der Abgasrate mA -werden in einer Steuereinrichtung 4 mit den entsprechenden Werten eines Kennfelds verglichen, die in einem Kennfeldspeicher 5 enthalten sind. Erreichen die aktuellen Werte die jeweils gespeicherten, vorgegebenen Werte, so wird durch die Steuereinrichtung Lt eine Impulsfolge 6 ausgelöst, durch die ein Kraftstoffventil 7 oder eine nicht dargestellte Kraftstofförderpumpe eines im Abgaskanal 2 gelegenen Brenners 8 getaktet eingeschaltet wird, Das Kraftstoffventil 7 ist an das Kraftstoffversorgungssystem der Brennkraftmaschine angeschlossen. Dies geschieht beispielsweise in der Weise, daß die zum Einspritzventil 7 führende Leitung mit dem Innenraum der Diesel-Einspritzpumpe verbunden und damit mit einem Druck von beispielsweise 10 bar beaufschlagt ist.
Ebenfalls durch die Steuereinrichtung Lt gesteuert erfolgt bei Takten des Einspritzventils 7 eine Druckluftzufuhr über eine Druckluftdüse 9 in den Brenner 8 sowie die Einschaltung einer Glühkerze 10, die ebenfalls im Brenner 8 angeordnet ist.
Mit Hilfe des Brenners 8 läßt sich bei ununterbrochener und vollständig aufrechterhaltener Filterfunktion des Rußfilters 1 ein Ruß-Abbrennvorgang einleiten und ebenfalls durch entsprechende, mit Hilfe des Kennfeldspeichers 5 bestimmte Einstellung der Impulsfolge 6, der DruckluStzufuhr über die Druckluftdüse 9 und des Betriebs der Glühkerze 10 während des ganzen Abbrennvorgangs auf einem vorgegebenen Temperaturniveau halten. Dieses Niveau ist so gelegt, daß das Rußfilter ohne schädliche thermische Belastung vollständig regeneriert wird.
Mit Hilfe eines im Abgaskanal 2 enthaltenen Temperaturfühlers 11 läßt sich zusätzlich die Abgastemperatur der Brennkraftmaschine bestimmen und die Regeneration solange verzögern, bis extreme Belastungszustände der Brennkraftmaschine, beispielsweise bei und unmittelbar nach einem Kaltstart und bei Vollastbetrieb, beendet sind.
Auch bei nicht durchströmtem Rußfilter, der beispielsweise mit einem zweiten Rußfilter abwechselnd eingeschaltet ist, läßt sich der Abbrennvorgang in analoger Weise mit getakteter Brennstoffzufuhr dann einleiten, wenn der auf die Abgasrate bezogene Differenzdruck am Rußfilter einen vorgegebenen kritischen Wert erreicht hat.

Claims

Patentansprüche: Verfahren zum Regenerieren eines Rußfilters von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Diesel-Brennkraftmaschinen, bei dem ein Ruß-Abbrennvorgang in von dem am Rußfilter auftretenden Differenzdruck abhängigen Abständen eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck (P1 - P2) auf eine für die Abgasrate (mA) repräsentative Größe bezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe die Abgasrate (mA) selbst ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrate (mA) aus den Mengen der der Brennkraftmaschine zugeführten Luft und des Kraftstoffs bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte für den Differenzdruck und die für die Abgasrate repräsentative Größe mit in einem Kennfeld (Kennfeldspeicher 5) vorgegebenen Werten dieser Größe verglichen und bei übereinstimmung mit diesen ein Abbrennvorgang eingeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einleiten und Durchführen eines Abbrennvorgangs zusätzlicher Kraftstoff in einer Menge zugegeben wird, die von dem Differenzdruck und der für die Abgasrate repräsentativen Größe abhängig ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff während eines Abbrennvorgangs getaktet zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmenge entsprechend einem Kennfeld (Kennfeldspeicher 5) eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei extremen Temperaturen des Abgases oder des Kühlwassers der Brennkraftmaschine kein Kraftstoff dem Rußfilter (1) zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff über eine Glüh- oder Zündkerze (10) geführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff in einen Druckluftstrom (Druckluftdüse 9) eingegeben wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff mit dem der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff identisch ist und aus deren Versorgungssystem entnommen wird.