DE3729857C1 - Method for the regeneration of a soot separator - Google Patents

Method for the regeneration of a soot separator

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Rußabscheiders hinter einem Dieselmotor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Die Notwendigkeit zur Rußabscheidung aus dem Abgasstrom ergibt sich aus den gesetzgeberischen Maßnahmen zum Umweltschutz, insbesondere aufgrund der Vermutung einer Gefährdung der menschlichen Gesundheit durch dieselmotorische Rußpartikel.
Der mechanisch oder elektrostatisch abgeschiedene Ruß im Abgasstrang erhöht auf längere Sicht den Abgasgegendruck in unzulässiger Weise und muß daher kontinuierlich oder zyklisch beseitigt werden. Die eleganteste Möglichkeit hierzu besteht darin, dies im Wege der Oxidation der Ruß­ partikel zu vollziehen. Die erforderliche Zündtemperatur liegt dabei oberhalb von 450° Celsius, die nicht bei allen Betriebszuständen des Motors, d.h. nicht in allen Punkten seines Kennfeldes erreicht wird. Dies gilt zumin­ dest für die Startphase und für den Leerlaufbetrieb, während derer die Oxidationsrate unterhalb der Rate der zusätzlichen Rußabscheidung liegt. Dagegen ist eine Oxida­ tion bei Vollast zumindest bei betriebswarmen Motor mit Sicherheit anzunehmen, so daß ein derartiger Betrieb in kurzer Zeit zur Regeneration des Rußabscheiders infolge Oxidation der Partikel führt.
Aus der DE-OS 29 30 969 ist ein Verfahren bekannt, nach dem vorgesehen ist, abhängig vom Differenzdruck der Abgase vor und hinter dem Rußfilter eine den Abgasgegendruck erhöhende Drosselklappe im Abgasstrang zu schließen, wo­ durch in Folge des erhöhten Gegendruckes die Motorbelast­ ung zunimmt und die Abgastemperatur über die Zündtempera­ tur für die Rußpartikel ansteigt. Hiermit ist selbstver­ ständlich eine vom Regler bewirkte Erhöhung der Einspritz­ menge und ein Anstieg des Verbrauchs verbunden. Das vorge­ schlagene Verfahren ist abhängig von einer genauen Differ­ enzdruckmessung, die im verrußten Abgasstrang über längere Zeiten nicht mit hinreichender Genauigkeit garantiert werden kann.
In der EP 2 20 484 A2 ist daher vorgeschlagen, den Drossel­ vorgang unabhängig vom Druckverlust am Rußfilter jeweils während des Teillast- oder Leerlaufbetriebes des Motors einzuleiten. Hierbei wird zwar auf die anfällige Meßtech­ nik verzichtet, es wird jedoch eine Drosselung auch in Phasen aufrechterhalten, in denen eine nennenswerte Ver­ schmutzung des Rußabscheiders mit entsprechender Abgas­ gegendruckerhöhung noch nicht oder nicht mehr vorliegt. Die Verbrauchsnachteile sind hierbei erheblich.
Anstelle der oben erwähnten Drosselung kann zur Regenera­ tion des Rußfilters auch eine Zugabe von pulverförmigem Rußentferner zur Regeneration des Rußabscheiders vorge­ sehen werden (DE 31 11 228 C2) oder es kann eine Zugabe von partikelförmigen oder festen Brennstoffen mit einer Sekundärenergiezufuhr vorgesehen werden (DE 35 38 155 A1). Auch hierbei besteht unverändert das Problem, die Phasen der Regeneration in Abhängigkeit von der Belastung des Rußabscheiders und dem Betriebszustand des Motors in geeigneten Zyklen einzuleiten. Die meßtechnischen Probleme sind dabei die gleichen wie oben geschildert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das die Regeneration des Rußfilters unter Berücksichtigung der Fahrzustände nur bei Bedarf zyklisch einleitet, wobei einfach meßbare Betriebsparameter unter Meidung von Differenzdruckmessungen am Rußfilter zur Bestimmung der Regenerationszyklen ausreichen sollen. Die Lösung hierfür liegt in den Merkmalen des Hauptanspruches.
Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß mit einfach zu erfassenden Meßwerten, insbesondere Drehzahl und Leistung, über die erfindungsgemäße Verfahrensvorschrift in guter Näherung die Regenerationszyklen in der erforderlichen Häufigkeit andererseits jedoch auch auf das notwendige Maß beschränkt eingeleitet werden. Dabei werden die tatsächlichen Betriebszustände in dem Sinne hinreichend berücksichtigt, daß die Phasen mit ausreichender selbständiger Oxidation und die Phasen mit unzureichender Oxidation und zunehmender Verschmutzung nach den tatsächlich am Motor gemessenen Werten unterschieden und berücksichtigt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich somit ohne große Probleme bei allen Motortypen zur Anwendung bringen. Die Meß- und Regelanordungen entsprechen sich dabei unverändert. Geeignete Kennfeldwerte, die aus tatsächlich ermittelten Rußzahlen am entsprechenden Motortyp gebildet worden sind, können in einem entsprechenden Speicher vorgegeben sein.
Nach einer besonderen Weiterbildung können verschiedene Bereiche innerhalb des Kennfeldes mit unterschiedlichen Wertigkeiten für die beiden erfindungsgemäßen Zähler belegt werden. Insbesondere kann eine Startphase besondere Berücksichtigung finden, indem diese zum Beispiel durch sofortiges Hochsetzen des Summenwertes auf den vorgegebenen Wert im ersten Zähler die Drosselung oder Sekundärenergiezufuhr einleitet und somit eine beschleunigte Erwärmung des Motors in die Startphase selbst im Leerlauf bewirkt. Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann sichergestellt werden, daß einzelne kürzere Phasen mit Betriebszuständen, die eine Regeneration des Rußabscheiders bewirken, insoweit unberücksichtig bleiben, als ein künstlich eingeleiteter Regenerationszyklus jeweils eine vorgegebene gleichbleibende Dauer hat.
Besonders vorteilhaft ist es, bei der unbewerteten Zählung von reinen Zeitimpulsen in beiden Zählern die Zykluszeit gesetzlich geregelter Fahrzyklen gebräuchlicher Abgastests insoweit zu berücksichtigen, als die Phase von Regeneration zu Regeneration so eingestellt wird, daß innerhalb des Fahrzyklus jeweils eine Regenerationsphase vollzogen wird, so daß statistische Schwankungen zwischen einzelnen Meßergebnissen durch unvorhersehbares Auftreten von Regenerationsphasen ausgeschlossen werden.
Die künstlich eingeleiteten Regenerationsphasen sind in jedem Fall kurz gegenüber den Zeiten im Kennfeldbereich mit unzureichender Regeneration und liegen in Größenordnungen von 1 Minute im Verhältnis zu mehreren 10 Minuten. Selbstverständlich ist dies wesentlich abhängig von der Größe des Filters im Verhältnis zur Abgasmenge bzw. zur Motorgröße. Abwandlungen im Rahmen des oben offenbarten sind dem Fachmann ohne weiteres möglich.

Claims (10)

1. Verfahren zur Regeneration eines Rußabscheiders hinter einem Dieselmotor durch Abgastemperaturerhöhung mittels gezielter innerer Leistungserhöhung oder Brennstoffzugabe zum Abgas, dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Bereich des Motorkennfeldes durch Werte eines oder mehrerer Betriebsparameter definiert wird, in dem eine unzureichende Regeneration, insbesondere eine Zunahme der Rußmenge im Rußabscheider angenommen wird,
daß ein zweiter Bereich des Motorkennfeldes durch Werte eines oder mehrerer Betriebsparameter definiert wird, in dem eine ausreichende selbständige Regene­ ration des Rußabscheiders durch Oxidation des abgela­ gerten Rußes angenommen wird,
daß ein erster Betriebszeitenzähler alle Betriebszu­ stände im ersten Bereich des Kennfeldes aufaddiert,
daß ein zweiter Betriebszeitenzähler alle Betriebszu­ stände im zweiten Bereich des Kennfeldes aufaddiert,
daß bei Erreichen eines vorgegebenen Summenwertes der Betriebszeit im ersten Zähler durch gezielte innere Leistungserhöhung oder durch Brennstoffzugabe zum Abgas der zweite Bereich des Motorkennfeldes erreicht bzw. fingiert wird, wobei unabhängig von den aufge­ nommenen Parametern der zweite Zähler aktiviert wird und
daß bei Erreichen eines vorgegebenen Summenwertes der Betriebszeit im zweiten Zähler beide Zähler auf Null gesetzt werden und dadurch insbesondere eine even­ tuelle gezielte innere Leistungserhöhung oder eine Brennstoffzugabe zum Abgas zurückgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen des vorgegebenen Summenwertes im ersten Zähler zunächst der zweite Zähler auf Null gesetzt wird, um eine zusammenhängende Regenerations­ zeit vorgegebener Dauer zu bewirken.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Zählern echte Zeitimpulse gezählt werden und die Zykluszeit aus beiden Summenwerten gleich der Zykluszeit eines gebräuchlichen Abgasfahrzyklus wie z.B. der im CVS-Test ist, um statistische Schwankungen einzelner Messungen zu unterdrücken.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich des Motorkennfeldes in Segmente eingeteilt ist, die eine unterschiedliche Zählrate des ersten Betriebszeitenzählers bewirken.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Startvorgang des Motors den Wert des ersten Zählers zusätzlich erhöht, insbesondere auf den vorge­ gebenen Summenwert setzt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich des Motorkennfeldes in Segmente eingeteilt ist, die eine unterschiedliche Zählrate des zweiten Betriebszeitenzählers bewirken.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorkennfeld durch eine relativ geringe An­ zahl von Wertepaaren oder -tripeln der überwachten Betriebsparameter, denen jeweils ein Zählwert für den ersten oder den zweiten Zähler zugeordnet ist, verein­ facht wiedergegeben und abgespeichert ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit vorgegebener relativ geringer Frequenz ein Vergleich zwischen aufgenommenen Betriebsparametern und abgespeicherten Werten vorgenommen und der Stand der Zähler entsprechend verändert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Motordrehzahl und der Regelstangenweg - als die Leistung repräsentierende Größe - als Betriebspa­ rameter aufgenommen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturwert (z.B. Abgas oder Kühlwasser­ temperatur) als zusätzlicher Betriebsparameter aufge­ nommen wird.
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