DE3912301C2

DE3912301C2 -

Info

Publication number: DE3912301C2
Application number: DE3912301A
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl.-Ing. Dr. 7067 Pluederhausen De Abthoff; Hans-Dieter Dipl.-Ing. 7060 Schorndorf De Schuster; Hans-J. Dipl.-Ing. 7148 Remseck De Langer; Erwin Dipl.-Ing. 7069 Berglen De Strohmer; Rolf 7050 Waiblingen De Gabler; Roland Dipl.-Ing. 7054 Korb De Schulte
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1991-05-08
Also published as: US5042248A; IT9047842A0; FR2645905B1; GB2230206A; DE3912301A1; GB2230206B; JPH02294511A; GB9006875D0; IT1239774B; IT9047842A1; JPH0583726B2; FR2645905A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines in der Abgasleitung einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine angeordneten Rußpartikelfilters gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Aus der EP-PS 10 384 ist es bekannt, die Abgastemperatur zur Regeneration eines Rußpartikelfilters durch Drosselung des Ansaugluftstromes anzuheben. Die hierzu eingesetzte Steuerung sieht unter anderem vor, bei sehr hohen Temperaturen des Rußfilterkörpers die Drosselklappe bzw. das Drosselklappensystem in Öffnungsstellung zu führen. Wird die Brennkraftmaschine nun in einem hohen Lastbereich gefahren, also in einem Bereich, in welchem ohnehin schon hohe Abgastemperaturen vorliegen, und läuft zudem gerade noch eine Regenerationsphase ab, so liegt, nicht zuletzt auch aufgrund des exothermen Verlaufes der Rußpartikeloxidation, eine so hohe Rußfilterkörpertemperatur vor, daß die Drosselklappe über die Steuerung in Öffnungsstellung gehalten wird. Wird die Brennkraftmaschine nun schlagartig im Schubbetrieb gefahren, d.h. also mit Nullast oder nahezu Nullast, so ist im Abgas sofort ein Sauerstoffüberangebot gegeben, was dazu führt, daß durch die starke Exothermie der Reaktion der Rußpartikel mit dem reichhaltigen Sauerstoff die Schmelztemperatur des Rußfilterkörpermaterials zumindest stellenweise überschritten wird, so daß mit einer Beschädigung des Rußfilters zu rechnen ist.

Die JP-A 60-2 06 925 offenbart ein Verfahren, bei welchem eine in der Ansaugleitung einer Brannkraftmaschine angeordnete Drosselklappe dann, wenn die Temperatur eines in der Abgasleitung vorgesehenen Partikelfilters oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt und gleichzeitig die Brennkraftmaschine sich im Schubbetrieb befindet, in die Schließstellung überführt wird. Dies bedeutet also, daß sich die Drosselklappe im Schubbetrieb bei einer Filtertemperatur unterhalb des Grenzwertes in ihrer Öffnungsstellung befindet. Befindet sich der Partikelfilter im Moment des Überganges in den Schubbetrieb nun z. B. gerade in einer Regenerationsphase, so liegt bei noch geöffneter Drosselklappe sofort ein erhöhtes Sauerstoffangebot im Abgas vor, mit der Folge, daß der Filterkörper durch die explosionsartige Umsetzung der Partikel stellenweise Temperaturen annimmt, welche über der Schmelztemperatur des Filtermaterials liegen. Befindet sich nun der Temperatursensor an einer Stelle im Filterkörper, an welcher der Grenzwert noch nicht überschritten ist, so bleibt die Drosselklappe nach wie vor geöffnet, obwohl der Filterkörper stellenweise schon zerstört wird.

Über die Ansteuerung der geschlossenen Drosselklappe bei Unterschreiten des Temperaturgrenzwertes ist in der JP-A 60-2 06 925 nichts ausgesagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Art bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist gewährleistet, daß beim Übergang in den Schubbetrieb das Sauerstoffangebot im Abgas durch ein unmittelbares Schließen der Drosselklappe generell reduziert ist. Eine stellenweise thermische Überlastung des Filters ist somit ausgeschlossen. Um jedoch zu gewährleisten, daß eine schon im Gang befindliche Rußfilterregeneration trotzdem mit ausreichend Sauerstoff versorgt wird, wird die Einrichtung zur Steuerung des Ansaugleitungsquerschnittes, nachdem sie die den Ansaugleitungsquerschnitt auf ein Minimum reduzierende Stellung erreicht hat, langsam wieder in die Öffnungsstellung rückgeführt.

Eine Beeinträchtigung der Fahrbarkeit und eine zu große Reduzierung der Luftverhältniszahl infolge einer plötzlichen Lastvorgabe während dieser Rückführungsphase wird durch die Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 verhindert. Diese Ausgestaltung hat darüber hinaus den Vorteil, daß ein Stillstand der Brennkraftmaschine infolge eines Drehzahlabfalles während des Zeitraumes, in welchem sich die Einrichtung zur Steuerung des Ansaugluftstromes nicht in der Öffnungsstellung befindet, nicht zu befürchten ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und eine vorteilhafte Vorrichtung zu dessen Durchführung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Prinzipdarstellung und

Fig. 2 die Funktionsweise der in Fig. 1 mit 13 bezeichneten elektronischen Steuereinheit.

In Fig. 1 bezeichnet 1 die Ansaugleitung einer in der Zeichnung nicht dargestellten luftverdichtenden Ein spritzbrennkraftmaschine, in deren ebenfalls nicht darge stellter Abgasleitung ein Rußpartikelfilter angeordnet ist, welcher durch Abbrennen der von ihm aus dem Abgas strom ausgefilterten Rußpartikel regenerierbar ist. In der Ansaugleitung ist eine Drosselklappe 2 angeordnet, welche über ein Gestänge 33 von einer Unterdruckdose 3 aus betä tigbar ist. An die Unterdruckdose 3 ist ein Pneumatiklei tungssystem 4 angeschlossen, welches wiederum mit einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Unterdruckpumpe 5, deren Fördervolumen verstellbar ist, in Verbindung steht. In der Pneumatikleitung 6 ist ein Absperrventil 7 angeordnet. Ferner sind zwischen dem Anschluß an die Un terdruckdose 3 und dem Absperrventil 7 von der Pneumatik leitung 6 zwei Leitungsstutzen 8 und 9 abgezweigt. Der Leitungsstutzen 8 ist mit einer Drosselbohrung 10 versehen und über den Leitungsstutzen 9 und ein darin angeordnetes Belüftungsventil 11 ist das Pneumatikleitungssystem 4 bedarfsweise belüftbar. Die Drosselklappe 2 ist durch die Unterdruckdose 3 zwischen einer Öffnungsstellung, in der der gesamte Querschnitt der Ansaugleitung 1 freigegeben ist und einer den Querschnitt der Ansaugleitung 1 auf ein Minimum verringernden Stellung (gestrichelte Darstellung 2′), - im als folgenden Minimalstellung 2′ bezeichnet -, bewegbar. An der Unterdruckdose 3 ist ein Endschalter 12 angeordnet, welcher in der Minimalstellung 2′ der Drossel klappe 2 über einen an dem Gestänge 31 befestigten Bolzen 32 betätigbar ist.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die Reduzierung des Ansaugleitungsquerschnittes auf ein Minimum derart zu realisieren, indem eine mit einer entsprechend dimensio nierten Durchgangsbohrung versehene Drosselklappe ganz geschlossen wird.

Solange die Brennkraftmaschine unter Last gefahren wird, ist das Belüftungsventil 11 in Öffnungsstellung, das Ab sperrventil 7 in Schließstellung und das Fördervolumen V_H der Pumpe 5 auf Nullförderung gestellt. In diesen Be triebszuständen liegt damit über das Pneumatikleitungssy stem 4 an der Unterdruckdose 3 Atmosphärendruck an, wo durch die Drosselklappe 2 in ihrer Öffnungsstellung ge halten ist.

Kommt es nun zu einem Lastwechsel in den Schubbetrieb, d. h. also wird die Brennkraftmaschine plötzlich mit Nullast gefahren (z. B. beim Abbremsen des Fahrzeuges), so wird unmittelbar nach dem Lastwechsel das Belüftungsventil 11 geschlossen und das Absperrventil 7 geöffnet. Gleichzeitig wird die Unterdruckpumpe 5 auf maximales Fördervolumen V_Hmax gestellt. Durch den sich nun augenblicklich (geringe Leitungsquerschnitte) im Pneumatikleitungssystem 4 auf bauenden Unterdruck wird die Drosselklappe 2 über die Un terdruckdose 3 sofort in die Minimalstellung 2′ überführt.

Durch diese Maßnahme wird das Sauerstoffangebot im Abgas auf ein solches Maß reduziert, daß für den Fall, daß sich der Rußfilter gerade in einer Regenerationsphase befindet, eine Gefährdung des Filters infolge eines schlagartig sehr hohen Sauerstoffanteiles im Abgas ausgeschlossen ist. Damit aber dennoch ausreichend Sauerstoff für die gesamte Regeneration des Rußpartikelfilters zur Verfügung steht, erfolgt, sobald die Drosselklappe 2 in der Minimalstellung 2′ angelangt ist - dies wird durch den Endschalter 12 si gnalisiert -, ein Verschließen des Absperrventiles 7 und ein Rückstellen der Unterdruckpumpe 5 auf Nullförderung. Über die Drosselbohrung 10 kommt es nun zu einer ganz allmählichen Belüftung des Pneumatikleitungssystems 4 zwischen dem Absperrventil 7 und der Unterdruckdose 3, wodurch die Drosselklappe 2 kontinuierlich in ihre Öff nungsstellung zurückgeführt wird. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Drosselklappe 2 zurückgeführt wird, hängt ab von der Größe der Drosselbohrung 10. Je kleiner diese ge wählt wird, desto langsamer geht die Drosselklappe 2 in die Öffnungsstellung zurück.

Sollte nun vom Fahrer während einer derartigen Rückfüh rungsphase eine Lastvorgabe an die Brennkraftmaschine übermittelt werden, so erfolgt ein sofortiges Öffnen des Belüftungsventils 11, was zu einer schlagartigen Belüftung des Pneumatikleitungssystems 4 und damit zu einem unmit telbaren Öffnen der Drosselklappe 2 führt. Dasselbe gilt für den Fall, daß die Brennkraftmaschinendrehzahl n wäh rend einer solchen Rückführungsphase einmal unterhalb ei nes vorgegebenen Grenzwertes fallen sollte. Als Drehzahlgrenzwert wurden in diesem Ausführungsbeispiel 1200 l/min gewählt. Entsprechend gilt, daß ein Überführen der Drosselklappe 2 in die Minimalstellung 2′ beim Über gang in den Schubbetrieb nur dann erfolgt, wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl n über diesem Grenzwert liegt.

Die Ansteuerung der beiden Ventile 7 und 11 und der Un terdruckpumpe 5 erfolgt über eine elektronische Steuer einheit 13, welcher ferner ein Last-(x_RS), ein Drehzahl- (n) und ein der Stellung des Endschalters 12 entsprechen des Signal (Meßwertleitung 31) zugeführt wird. Die Funk tionsweise dieser elektronischen Steuereinheit 13 ist in der nachfolgend beschriebenen Fig. 2 anhand eines Flußdiagrammes 14 aufgezeigt.

Nach dem Start der Brennkraftmaschine wird über den Aus gabeblock 15 das Belüftungsventil 11 geöffnet, das Fördervolumen V_H der Unterdruckpumpe 5 auf Nullförderung gestellt und das Absperrventil 7, falls dieses noch in Öffnungsstellung sein sollte, geschlossen. Sowohl das Be lüftungsventil 11 als auch das Absperrventil 7 können zu diesem Zeitpunkt auch in der jeweils entgegengesetzten Stellung gehalten werden, denn solange die Pumpe 5 auf Nullförderung steht, ist über die Drosselbohrung 10 immer ein Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem Pneuma tikleitungssystem 4 gegeben, so daß die Drosselklappe 2 auf jeden Fall in ihrer Öffnungsstellung bleibt. Im fol genden Eingabeblock 16 erfolgt die Eingabe des aktuellen Brennkraftmaschinenlast x_RS und der aktuellen Brennkraftmaschinendrehzahl n. Die Last x_RS wird dabei über einen Sensor von der Regelstange der Einspritzpumpe und die Drehzahl n über einen weiteren Sensor von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgegriffen. Im fol genden Verzweigungsblock 17 erfolgt die Überprüfung, ob die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb gefahren wird, d.h. also, ob die Regelstangenauslenkung x_RS gleich 0 ist und ob gleichzeitig die Brennkraftmaschinendrehzahl n noch über dem Grenzwert von 1200 l/min liegt. Wenn nicht, er folgt eine Verzweigung zum Punkt 18 zur erneuten Eingabe von Last x_RS und Drehzahl n. Wird Schubbetrieb erkannt (Verzweigungsblock 17), erfolgt über den Ausgabeblock 19 ein Schließen des Belüftungsventiles 11 und ein Öffnen des Absperrventiles 7. Gleichzeitig wird das Fördervolumen V_H der Unterdruckpumpe auf "maximal" V_Hmax gestellt. Durch diesen Schritt wird die Drosselklappe 2 in Ihre Minimal stellung 2′ überführt. Anschließend erfolgt über den Block 20 die Eingabe des Schaltzustandes des Endschalters 12, und im Block 22 die Abfrage, ob dieser schon durch den Bolzen 32 Drosselklappe 2′ betätigt wurde. Falls ja, also dann, wenn die Drosselklappe 2 in der Minimalstellung 2′ angekommen ist, verzweigt die Steuerung zum Ausgabeblock 23, von welchem aus das Schließen des Absperrventiles 7 und ein Rückfahren der Pumpe 5 in Nullförderung veranlaßt werden. Es kommt damit zu einer langsamen Belüftung des Pneumatikleitungssystems 4 über die Drosselbohrung 10.

Im folgenden Block 24 wird erneut die aktuelle Last x_RS und aktuelle Drehzahl n eingegeben. Sollte nun während des Zeitraumes t_rück, während dessen sich die Drosselklappe 2 langsam wieder in ihre Öffnungsstellung zurückbewegt, die aktuelle Last x_RS größer 0 sein oder die aktuelle Drehzahl unter den Grenzwert von 1200 l/min fallen (Verzweigungs block 25), so erfolgt eine sofortige Belüftung des Pneu matikleitungssystems 4 durch entsprechende Ansteuerung des Belüftungsventiles 11 im Ausgabeblock 26. Die Drossel klappe 2 geht dann schlagartig in die Öffnungsstellung zurück. Wird die Abfrage im Block 25 mit nein beantwortet, verzweigt die Steuerung zum Punkt und zwar so lange bis die Drosselklappe 2 ihre Öffnungsstellung von selbst wie der erreicht hat, also bis der Zeitraum t_rück verstrichen ist. Ist dies der Fall (Verzweigungsblock 28) verzweigt die Steuerung zu ihrem Ausgangspunkt 30.

Bei Brennkraftmaschinen, die schon mit einer Unterdruck pumpe zur Versorgung anderer Verbraucher ausgestattet sind, ist es natürlich nicht erforderlich, eine separate Pumpe mit verstellbarem Fördervolumen vorzusehen, sondern in diesem Falle kann das Leitungssystem 4 auch direkt an die ohnehin schon vorhandene Unterdruckpumpe angeschlossen werden, auch dann, wenn deren Fördervolumen nicht ver stellbar ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch mög lich, die Drosselklappe über einen Elektromotor in der erfindungsgemäßen Weise anzusteuern.

Claims

1. Verfahren zur Regeneration eines in der Abgasleitung einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine angeordneten Rußpartikelfilters durch Abbrennen der Rußpartikel, wobei in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine eine last- und drehzahlabhängig zwischen einer Öffnungs- und einer den Leitungsquerschnitt verringernden Stellung betätigbare Einrichtung zur Steuerung des Ansaugleitungsquerschnittes vorgesehen ist, welche sich während des Schubbetriebes der Brennkraftmaschine zur Vermeidung einer Überhitzung des Rußpartikelfilters in einer den Leitungsquerschnitt auf ein Minimum reduzierenden Stellung (Minimalstellung) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung des Ansaugleitungsquerschnittes unabhängig von der Temperatur des Rußpartikelfilters unmittelbar nach dem Übergang in den Schubbetrieb der Brennkraftmaschine zunächst in die den Leitungsquerschnitt auf ein Minimum reduzierende Stellung (Minimalstellung 2′) und anschließend wieder kontinuierlich in ihre Öffnungsstellung überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn sich die Einrichtung außerhalb ihrer Öffnungsstellung befindet, diese im Falle einer Lastvorgabe oder im Falle eines Abfalles der Brennkraftmaschinendrehzahl unterhalb eines vorgegebenen Wertes schlagartig wieder in ihre Öffnungsstellung überführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem die Einrichtung in Abhängigkeit der Brennkraftmaschinenlast und Brennkraftmaschinendrehzahl betätigenden Stellantrieb, gekennzeichnet durch folgende Merkmale

- der Stellantrieb ist eine mit der Einrichtung verbundene Unterdruckdose (3),
- die Unterdruckdose (3) ist über eine Pneumatikleitung (6) mit einer Unterdruckpumpe (5) verbunden,
- die Unterdruckpumpe (5) besitzt ein verstellbares Fördervolumen (V_H), welches beim Übergang in den Schubbetrieb auf Maximalförderung und nach Erreichen der Minimalstellung (2′) der Einrichtung wieder auf Nullförderung gefahren wird,
- in der Pneumatikleitung (6) ist ein Absperrventil (7) angeordnet, welches mit dem Übergang in den Schubbetrieb der Brennkraftmaschine in Öffnungsstellung und unmittelbar dann, wenn die Minimalstellung (2′) der Einrichtung erreicht ist, wieder in Schließstellung überführt wird,
- zwischen dem Absperrventil (7) und der Unterdruckdose (3) ist das Pneumatikleitungssystem (4) mit einer Drosselbohrung (10) versehen und
- zwischen dem Absperrventil (7) und der Unterdruckdose (3) ist ein Belüftungsventil (11) vorgesehen, welches beim Übergang in den Schubbetrieb in Schließstellung überführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung des Ansaugleitungsquerschnittes als Drosselklappe (2) ausgebildet ist.