DE3827402A1

DE3827402A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung und steuerung der leistung eines brenners

Info

Publication number: DE3827402A1
Application number: DE3827402A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Goerlich
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Goerlich Dieter Dr-Ing 82275 Emmering De
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1988-08-12
Publication date: 1990-02-15
Also published as: US5044158A; DE3827402C2; JPH02104912A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Regelung und Steuerung der Leistung eines Brenners, insbesondere eines mit Abgas einer Brennkraftmaschine betriebenen Bren ners zur Regeneration einer Partikelfilteranlage, sowie mit einer Vorrichtung zur Regelung und Steuerung der Lei stung eines solchen Brenners.

Wenn zur Regeneration einer Partikelfilteranlage im Abgas trakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel- Brennkraftmaschine, ein Brenner verwendet wird, der heiße Verbrennungsgase zur Einleitung der Rußverbrennung am zu regenerierenden Rußfilter als Partikelfilter liefert, hat sich ergeben, daß beim Betreiben eines solchen Brenners mit Hilfe der Abgase im Abgastrakt durch denselben äußerst unterschiedliche Abgasmengen mit sehr unterschiedlichen Temperaturen gehen. Für die Einleitung der Rußverbrennung am zu regenerierenden Filter muß der Brenner heiße Verbrennungs gase mit einer Mindesttemperatur liefern, wobei aber eine vorbestimmte Höchsttemperatur dieser heißen Verbrennungsgase nicht überschritten werden darf, um thermische Überlastungen von an den Brenner anschließenden Bauteilen, wie speziell den Rußfilter, zu vermeiden.

Die Erfindung zielt darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten ein Verfahren und eine Vor richtung zur Regelung und Steuerung der Leistung eines sogenannten Abgasbrenners, bereitzustellen, wodurch die Brennerleistung schnell und möglichst genau den Lastände rungen der Brennkraftmaschine folgt, mit deren Abgasen der Brenner betrieben wird.

Nach der Erfindung zeichnet sich ein Verfahren zur Regelung und Steuerung der Leistung eines Brenners, insbesondere eines mit Abgas einer Brennkraftmaschine betriebenen Brenners zur Regeneration einer Partikelfilteranlage dadurch aus, daß die Brennerleistung in Abhängigkeit von der nach dem Brenner auf tretenden Temperatur geregelt wird.

Hierbei wird die nach dem Brenner auftretende Temperatur fort laufend überwacht und mit einer Sollgröße verglichen, um mittels einer Regelung die Leistung des Brenners der gewünsch ten Solltemperatur nachzuführen. Die hierbei erfaßte Tempera tur ist jene, die im Bereich nach dem Brenner und vor dem zu regenerierenden Partikelfilter auftritt und sie wird als Regelgröße berücksichtigt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung wird zusätzlich zu der Regelung unter Berücksichti gung der Temperatur nach dem Brenner noch eine Steuerung über lagert, um als Steuergrößen für die Steuerung und Regelung der Brennerleistung den Mitteldruck der Brennkraftmaschine bzw. das Motordrehmoment und/oder die Drehzahl mitzuberück sichtigen, die sich als feste Steuergrößen vorgeben lassen, wodurch das gesamte Regel- und Steuerverhalten des Verfahrens nach der Erfindung bei der Kombination von Regelung und Steuerung auch auf Laständerungen schnell und genau anspricht.

Bei diesem Verfahren wird also zusätzlich die Brennerleistung in Abhängigkeit vom Mitteldruck der Brennkraftmaschine und/ oder von der Drehzahl derselben in einem überlagerten Steuer kreis gesteuert. Bei dieser Verfahrensweise wird somit je weils der momentane Lastzustand der Brennkraftmaschine durch die Berücksichtigung des Mitteldruckwertes bzw. des Motordrehmoments der Brennkraftmaschine und/oder der Motor drehzahl zur Beeinflussung einer Leistungsänderung des Bren ners berücksichtigt, so daß die Brennerleistung unmittelbar auch schnellen Laständerungen nachgeführt werden kann, um im wesentlichen bei jedem Lastzustand der Brennkraftmaschine und auch bei einem sich ändernden Lastzustand heiße Verbren nungsgase am Brenneraustritt zu erzeugen, bei denen die Ruß verbrennung am Partikelfilter eingeleitet, aber eine thermische Überlastung der dem Brenner nachgeschalteten Teile verhindert wird.

Die Erfassung des Mitteldrucks bzw. des Drehmoments einer Brennkraftmaschine, deren Lastzustand sich ändern kann, er folgt zweckmäßigerweise über die Fahrpedalstellung bzw. die Regelstangenstellung.

Eine Vorrichtung zur Regelung und Steuerung der Leistung eines Brenners, insbesondere eines mit Abgas einer Brennkraft maschine betriebenen Brenners, zur Regeneration einer Par tikelfilteranlage, mit einer Brennstoffpumpe und einer Brenn stoffmengensteuereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Leistungssteuer- und -regeleinrichtung vorgesehen ist, an welcher als Eingang die Temperatur stromab des Brenner austritts als Regelgröße anliegt und deren Ausgang mit der Brennstoffmengensteuereinrichtung 10 verbunden ist. Diese Temperaturregelung ermöglicht eine Nachführung der Brennerlei stung an der stromab des Brenneraustritts auftretenden Tem peratur, die als Regelgröße dient.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Vor richtung kann zur Erzielung eines schnelleren Ansprechver haltens der Temperaturregelung eine Steuerung überlagert wer den, so daß die Leistungssteuer- und -regeleinrichtung wei tere Eingänge hat, an denen der Mitteldruck und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine anliegen. In der Praxis hat es sich nämlich gezeigt, daß eine reine Temperaturregelung zur Änderung der Abgabeleistung des Brenners unter Umständen zu träge sein kann, was aber insbesondere von dem jeweiligen Betrieb der Brennkraftmaschine abhängig ist.

In vorteilhafter Weise umfaßt die Vorrichtung zur Regelung und Steuerung der Leistung eines Brenners nach der Erfindung einen Fahrpedalsensor, der mit dem Eingang der Leistungs steuer- und -regeleinrichtung verbunden ist. Zusätzlich oder als Alternative kann ein Drehzahlsensor vorgesehen sein, der mit einem weiteren Eingang der Leistungssteuer- und -regel einrichtung verbunden ist. Als Drehzahlsensor wird zweckmäßi gerweise ein Kurbelwellensensor verwendet, oder es kann ein Impulssignal an der Lichtmaschine erfaßt und in entsprechender Weise ausgewertet werden, da dieses ebenfalls eine Zuordnung zu der jeweiligen Drehzahl der Brennkraftmaschine erlaubt.

Wenn in einem konkreten Anwendungsbeispiel keine großen und schnellen Drehzahlsprünge auftreten, wie z.B. beim Gene ratorbetrieb einer derartigen Diesel-Brennkraftmaschine oder auch evtl. bei einer in ein Kraftfahrzeug eingebauten Diesel- Brennkraftmaschine in Verbindung mit einem Automatikgetrie be, kann es natürlich ausreichend sein, bei der Leistungs regelung und -steuerung des Brenners lediglich den Mitteldruck der Brennkraftmaschine, beispielsweise durch die Gaspedalstel lung und die Temperatur im Bereich nach dem Brenneraustritt zu berücksichtigen. Selbstverständlich umfaßt die Erfindung auch weitere Unterkombinationen der für die Leistungssteuerung und -regelung maßgebenden Größen, wenn entsprechende Betriebs bedingungen bei der Brennkraftmaschine in vorbestimmter Weise auftreten.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezug nahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm, bei dem der Mitteldruckwert der Brennkraftmaschine über der Drehzahl aufge tragen ist und in diesem Kennlinienfeld Brenner leistungskurven als Beispiele mit zugeordneten Prozentangaben eingetragen sind, und

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Regelung und Steuerung der Leistung eines Bren ners, anhand der auch der Verfahrensablauf nach der Erfindung näher erläutert wird.

In Fig. 1 ist schematisch ein Diagramm gezeigt, bei dem auf der Ordinatenachse der Mitteldruck P _me bzw. das Motordreh moment M _d und auf der Abszissenachse die Drehzahl n _m der Brennkraftmaschine aufgetragen ist. Der Kurvenzug A in diesem Diagramm nach Fig. 1 bezieht sich auf den Verlauf des maxima len Mitteldrucks P _memax. In dem unter dem maximalen Mittel druck P _memax liegenden Bereich der Laständerungen der Brenn kraftmaschine sind schematisch beispielsweise vier Kurven züge eingetragen, die den Verlauf der vom Brenner für die Einleitung der Regenerierung einer Partikelfilteranlage zu liefernden Leistung andeuten. Diese Kurven sind den erforder lichen Brennerleistungen von 25%, 50%, 75% und 100% zuge ordnet. Innerhalb diesen vom Brenner zu liefernden Leistungs bereichen ist auch bei sich schnell ändernden Lastbedingungen der Brennkraftmaschine eine zuverlässige und schnell anspre chende Regelung und Steuerung vorzunehmen.

In Fig. 2 ist schematisch eine Vorrichtung zur Regelung und Steuerung der Leistung eines Brenners gezeigt, die insgesamt mit 1 bezeichnet ist. Als Brenner 2 ist bei diesem Beispiel ein sogenannter Abgasbrenner vorgesehen, der mit Abgasen von einer mit 3 bezeichneten Brennkraftmaschine betrieben wird. Der Abgastrakt der Brennkraftmaschine 3 ist insge samt mit 4 bezeichnet und umfaßt einen Auslaßsammelbereich 5, der von der Austrittsseite der nicht näher dargestellten Zylinder der Brennkraftmaschine 3 abgeht, einen Brennerab schnitt 6, in dem der Brenner 2 angeordnet ist, und einen nachgeschalteten Partikelfilter 7, dessen Eingang über einen Zwischenabschnitt 8 mit der Austrittsseite des im Brennerab schnitt 6 angeordneten Brenners 2 verbunden ist. Die Brenn kraftmaschine 3 ist eine Diesel-Brennkraftmaschine. Die Brennstoffversorgung bzw. die Gemischversorgung des Brenners 2 erfolgt über eine Brennstoffpumpe 9 und eine Brennstoff mengensteuereinrichtung 10, welche derart ausgelegt ist, daß die vom Brenner 2 erzeugte Leistung nach Maßgabe vorgegebener Regelgrößen und/oder Steuergrößen gesteuert werden kann.

Nach der Erfindung ist eine Leistungssteuer- und -regelein richtung 11 vorgesehen, deren Ausgang mit der Brennstoffmen gensteuereinrichtung 10 verbunden ist. Ohne die Erfindung hierauf zu beschränken, weist die Leistungssteuer- und-regel einrichtung 11 einen Eingang 12 auf, an dem der Mitteldruck P _me anliegt, der unter Berücksichtigung eines konstanten Faktors dem Motordrehmoment M _d entspricht, einen Eingang 13, an dem die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 3 anliegt, und einen Eingang 14 auf, an dem die Temperatur T _a anliegt, die in dem Zwischenabschnitt 8 zwischen dem Austritt des Brenners 2 und dem Partikelfilter 7 vorhanden ist. Mit 15 ist ein Fahr pedalsensor für die Erfassung der Fahrpedalstellung bzw. Re gelstangenstellung gezeigt, durch die der Mitteldruck P _me der Brennkraftmaschine 3 für die Erfassung des Belastungszu standes der Brennkraftmaschine 3 erfaßt wird. Mit 16 ist ein Drehzahlsensor gezeigt, der beispielsweise von einem Kurbel wellensensor gebildet wird, und der an seinem Ausgang ein Signal entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine 3 liefert. Mit 17 ist ein Temperatursensor bezeichnet, der im Zwischenabschnitt 8 des Abgastrakts 4 angeordnet ist.

Die Vorrichtung 1 ermöglicht eine Durchführung eines Verfahrens zur Regelung und Steuerung der Leistung eines Brenners 2, bei dem die Brennerleistung in Abhängigkeit vom Mitteldruck P _me der Brennkraftmaschine 3 erfaßt durch den Fahrpedalsensor 15 und/oder von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 3 gesteuert wird.

In Verbindung mit Fig. 1 wird in Abhängigkeit von diesen die Steuerung über die Leistungssteuer- und -regeleinrichtung 11 beeinflussenden Größen die erforderliche Brennerleistung über die Brennstoffmengensteuerung 10 so gesteuert, daß sie schnell ansprechend den jeweiligen Laständerungen der Brennkraftma schine 3 folgt. Durch die Berücksichtigung des Mitteldrucks P _me der Brennkraftmaschine 3 und der Motordrehzahl n der Brennkraftmaschine 3 erhält man hierbei eine schnelle Annäherung an die vom Brenner 2 für die am Partikelfilter 7 einzulei tende Rußverbrennung notwendige Abgabeleistung. Der Mitteldruck P _me und/oder die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 3 können hierbei beispielsweise als feste Steuergrößen vorgegeben wer den. Mit Hilfe der Temperatur T _a erfaßt über den Temperatur sensor 17, wird eine Regelung vorgenommen, die dann als va riable Regelgröße bei dem Verfahren nach der Erfindung ein geht, die mit Hilfe der Leistungssteuer- und -regeleinrichtung 11 bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wird. Der Mitteldruck P _me und die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 3 dienen in der Leistungssteuer- und -regeleinrichtung 11 zur groben näherungsweisen Bestimmung eines Temperatursollwertes für die zuverlässige Einleitung der Rußverbrennung am Partikel filter 7, während man dann mit Hilfe des Temperatursensors 17 eine genaue Temperatursteuerung mit Hilfe der Leistungssteuer- und -regeleinrichtung 11 vornehmen kann.

Das Verfahren und die Vorrichtung zur Regelung und Steuerung der Leistung eines Brenners, insbesondere eines Abgasbren ners, ermöglichen, daß die Abgabeleistung des Brenners 2 schnell den Laständerungen der Brennkraftmaschine 3 möglichst unverzögert folgen kann, so daß für die Regenerierung des Partikelfilters 7 bei jedem Lastzustand der Brennkraftmaschi ne 3 eine ausreichend hohe Temperatur der vom Brenner 2 er zeugten Abgase erreicht wird, aber thermische Überbelastun gen in dem Teil des Abgastraktes 4, der auf den Brenner 2 folgt, wirksam verhindert werden.

Bezugszeichenliste:

1 Vorrichtung zur Regelung und Steuerung insgesamt
2 Brenner
3 Brennkraftmaschine
4 Abgastrakt
5 Auslaßsammelbereich
6 Brennerabschnitt
7 Partikelfilter
8 Zwischenabschnitt
9 Brennstoffpumpe
10 Brennstoffmengensteuereinrichtung
11 Leistungssteuer- und -regeleinrichtung
12 Eingang für P _me
13 Eingang für n
14 Eingang für T _a
15 Fahrpedalsensor
16 Drehzahlsensor
17 Temperatursensor
AP _memax Kurve in Fig. 1
P _me Mitteldruck
M _d Motordrehmoment

Claims

1. Verfahren zur Regelung und Steuerung der Leistung eines Brenners, insbesondere eines mit Abgas einer Brenn kraftmaschine betriebenen Brenners zur Regeneration einer Partikelfilteranlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerleistung in Abhängigkeit von der nach dem Brenner auftretenden Temperatur (T _a) geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerleistung zusätzlich in Abhängigkeit vom Mitteldruck (P _me) der Brennkraftmaschine und/oder von der Drehzahl (n) derselben gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Mitteldruck (P _me) durch die Fahrpedal stellung bzw. die Regelstangenstellung erfaßt wird.

4. Vorrichtung zur Regelung und Steuerung der Leistung eines Brenners, insbesondere eines mit Abgas einer Brenn kraftmaschine betriebenen Brenners zur Regeneration einer Partikelfilteranlage, mit einer Brennstoffpumpe und einer Brennstoffmengensteuereinrichtung, gekennzeichnet durch eine Leistungssteuer- und -regeleinrichtung (11), an welcher als Eingang (14) die Temperatur (T _a) stromab des Brenneraus trittes als Regelgröße anliegt, und deren Ausgang mit der Brennstoffmengensteuereinrichtung (10) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Eingänge (12, 13) der Mitteldruck (P _me) und/ oder die Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (3) zur Steuerung der Brennerleistung anliegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Fahrpedalsensor (15), der mit dem Eingang (12) der Leistungssteuer- und -regeleinrichtung (11) verbunden ist, und/oder einen Drehzahlsensor (16), der mit einem wei teren Eingang (13) der Leistungssteuer- und -regeleinrichtung (11) verbunden ist und/oder einen Temperatursensor (17), der stromab des Brenneraustritts angeordnet und mit einem weiteren Eingang (14) der Leistungssteuer- und -regeleinrich tung (11) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlsensor (16) ein Kurbelwellensensor ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl (n) als Impulssignal an der Lichtmaschine erfaßt wird.