DE4303709C2 - Diesel particulate filter system - Google Patents

Diesel particulate filter system

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration von Partikelfil­ tersystemen für die Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for the regeneration of particle film systems for the exhaust gases from diesel engines the preamble of claim 1.

Aus der DE 37 34 197 A1 ist ein Verfahren zur Regeneration von Parti­ kelfiltersystemen bekannt, bei dem in Abhängigkeit des Abgasge­ gendruckes ein Brennersystem zur Regeneration von einem Partikel­ filter, in dem die Rußpartikel der Dieselbrennkraftmaschine abgela­ gert sind, für eine bestimmte Brenndauer (Regeneration) betrieben wird. Hierzu ist ein Ventil vorgesehen, mit dem die Brennstoffzufuhr zu dem Brennersystem geregelt wird. Das erfolgt derart, dass ein Temperatursensor, der brennerabwärts nahe am Filter angeordnet ist, die Oberflächentemperatur des Filters überwacht und ein aus dem Temperatursensor abgeleiteten Signal einer Regeleinrichtung, die als PI-Regler ausgebildet ist, zugeführt wird. Die Regeleinrichtung do­ siert dann die Kraftstoff- und Luftmenge so, dass die Temperatur am Filter einen Sollwert einhält.DE 37 34 197 A1 describes a method for the regeneration of parties kelfiltersystemen known, depending on the exhaust gas a burner system for the regeneration of a particle filter in which the soot particles of the diesel engine are discharged are operated for a certain burning time (regeneration) becomes. For this purpose, a valve is provided with which the fuel supply is regulated to the burner system. This is done in such a way that a Temperature sensor, which is located downstream of the burner close to the filter, monitors the surface temperature of the filter and on from the Temperature sensor derived signal from a control device, which as PI controller is formed, is supplied. The control device do Then the amount of fuel and air is such that the temperature at Filter adheres to a setpoint.

Die weiterhin bekannte DE 38 27 402 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfah­ ren zur Regelung eines Brenners zum Abbrennen der in einem Parti­ kelfilter gesammelten Rußpartikel, bei dem die nach dem Brenner auftretende Temperatur zur Regelung der Brennerleistung herange­ zogen wird. The further known DE 38 27 402 A1 also describes a procedure Ren to regulate a burner to burn the in a party kelfilter collected soot particles, which after the burner occurring temperature to regulate the burner output is pulled.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regene­ ration von Partikelfiltersystemen bereitzustellen, das eine zuverläs­ sige und optimale Regeneration in einem weiten Arbeits- bezie­ hungsweise Betriebsbereich des Partikelfiltersystemes ermöglicht.The invention has for its object a method for rain ration of particle filter systems to provide a reliable optimal and optimal regeneration in a wide working relationship operating range of the particle filter system.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Einstellbereich des Ventils ermittelt wird und eine Regeleinrichtung mit zumindest einem Integralanteil die Regelung in Abhängigkeit des ermittelten Einstellbe­ reiches derart durchführt, dass eine von der Regeleinrichtung ausge­ gebene Stellgröße für eine Einstellung des Ventils bei Verlassen des ermittelten Einstellbereiches dergestalt beeinflusst wird, insbeson­ dere verringert wird, dass die ausgegebene Stellgröße im wesentli­ chen einer Grenze des Einstellbereiches des Ventils entspricht.This object is achieved in that an adjustment range of the Valve is determined and a control device with at least one Integral part of the control depending on the determined setting carries out rich such that one of the control device given control value for a setting of the valve when leaving the determined setting range is influenced in this way, in particular whose is reduced that the output manipulated variable essentially Chen corresponds to a limit of the setting range of the valve.

Ausgehend von dem Stand der Technik ist es erfindungsgemäß vor­ gesehen, dass ein Einstellbereich des Ventils ermittelt wird und eine Regeleinrichtung mit zumindest einem Integralanteil die Regelung in Abhängigkeit des ermittelten Einstellbereiches durchführt. Dies hat den Vorteil, dass unter Berücksichtigung des Einstellbereiches des Ventils eine zuverlässige und optimale Regeneration in einem weiten Arbeitsbereich beziehungsweise Betriebsbereiches des Partikelfilter­ systemes möglich ist. Aufgrund der Ermittlung des Einstellbereiches des Ventils wird dieses nur in einem solchen Bereich durch eine Stell­ größe angesteuert, die das Ventil realisieren beziehungsweise ein­ stellen kann. Mit dieser Einstellung ist eine Regelung der Temperatur des Partikelfilters, insbesondere eine Temperatur vor dem Parti­ kelfilter, möglich. Bei der Regeleinrichtung mit zumindest einem Inte­ gralanteil handelt es sich beispielsweise um einen PI- oder PID- Regler. Dabei wird die Regelung derart durchgeführt, dass eine von der Regeleinrichtung berechnete beziehungsweise ausgegebene Stellgröße für eine Einstellung des Ventils des Brennersystemes bei Verlassen des ermittelten Einstellbereiches dergestalt beeinflusst wird (insbesondere verringert wird), dass die ausgegebene Stellgröße im wesentlichen einer Grenze des Einstellbereiches des Ventils entspricht. Aufgrund dieser Vorgehensweise wird der Effekt, dass bei Regeleinrichtungen mit einem Integralanteil eine deutliche Ver­ schlechterung des Regelkreisverhaltens auftritt, wenn im Rahmen von Ausgleichsvorgängen die Regeleinrichtung wesentlich größere Stellgrößenwerte verlangt, als aufgrund des Einstellbereiches (Stellgrößenbegrenzung) von der Komponente ausgegeben werden können, deutlich verringert. Diese derart durchgeführte Regelung (Anti-Reset-Windup-Maßnahme genannt) lässt sich sowohl für ana­ loge als auch für digitale Regeleinrichtungen und auch sowohl für klassische Regeleinrichtungen als auch für Regeleinrichtungen hö­ herer Ordnung einsetzen. Aufgrund der Stellgrößenbegrenzung (Beeinflussung der Stellgröße bei Verlassen des ermittelten Einstell­ bereiches derart, dass die die ausgegebene Stellgröße im im we­ sentlichen einer Grenze des Einstellbereiches entspricht) hat den Vorteil, dass das Ventil zuverlässig und optimal in seinem Arbeitsbe­ reich betrieben werden kann. Damit wird die Regeleinrichtung derart ausgelegt, dass durch Einflussnahme auf die Struktur der Regelein­ richtung beziehungsweise deren Reglerparameter bei allen zu er­ wartenden Ausgleichsvorgängen die Stellgröße innerhalb des Ein­ stellbereiches bleibt. Dadurch ist ein stabiler Betrieb des Brenner­ systemes (des Brenners) gewährleistet und es wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass der Brenner außer Betrieb gesetzt wird.Based on the prior art, it is according to the invention seen that an adjustment range of the valve is determined and a Control device with at least one integral component regulating in Depends on the determined setting range. this has the advantage that taking into account the setting range of the Valve reliable and optimal regeneration in a wide range Working area or operating area of the particle filter system is possible. Based on the determination of the setting range of the valve is only in such a range by an actuator controlled size that realize the valve or a can put. With this setting is a regulation of the temperature of the particle filter, in particular a temperature in front of the particle kelfilter, possible. In the control device with at least one inte portion of the grail is, for example, a PI or PID Controller. The control is carried out in such a way that one of calculated or output by the control device Control variable for setting the valve of the burner system Leaving the determined setting range influenced in this way  is (in particular reduced) that the output manipulated variable essentially a limit of the adjustment range of the valve equivalent. Because of this approach, the effect that Control devices with an integral part a clear ver deterioration of the control loop behavior occurs when in the frame of compensating processes, the control device is much larger Actuating variable values required than due to the setting range (Manipulated variable limitation) are output by the component can, significantly reduced. This regulation carried out in this way (Called anti-reset windup measure) can be used for both ana box as well as for digital control devices and also for both classic control devices as well as for control devices use their normal order. Because of the manipulated variable limitation (Influencing the manipulated variable when leaving the determined setting range in such a way that the output manipulated variable in the we considerably corresponds to a limit of the setting range) Advantage that the valve works reliably and optimally can be operated richly. The control device thus becomes such designed to influence the structure of the rule direction or its controller parameters for all waiting compensating processes the manipulated variable within the on adjustment range remains. This ensures stable burner operation system (burner) and it becomes more advantageous Avoided that the burner is shut down.

In Weiterbildung der Erfindung wird der Einstellbereich des Ventils einmalig ermittelt, abgespeichert und zur Regelung herangezogen. Die einmalige Ermittlung des Einstellbereiches des Ventils und die Abspeicherung des Einstellbereiches hat den Vorteil, dass für belie­ bige Ventile der Einstellbereich ermittelt und dieser bei der Ausgabe der Stellgröße und der Beeinflussung der Stellgröße in Abhängigkeit des ermittelten Einstellbereiches durchgeführt werden kann. Weiterhin ist es von Vorteil, dass bei verschiedenen Ventilen deren ver­ schiedene Einstellbereiche ermittelt werden können.In a development of the invention, the adjustment range of the valve determined once, saved and used for control. The one-time determination of the setting range of the valve and the Saving the setting range has the advantage that for belie other valves, the setting range is determined and this when output the manipulated variable and the influencing of the manipulated variable depending of the determined setting range can be carried out. Farther  it is an advantage that their ver different setting ranges can be determined.

In Weiterbildung der Erfindung wird der Einstellbereich zumindest in vorgebbaren Zeitabständen ermittelt. So ist es beispielsweise mög­ lich, ausgehend von einem einmalig ermittelten Einstellbereich diesen in vorgebbaren Zeitabständen erneut zu ermitteln (beispielsweise nach jeder Regeneration eines Partikelfilters), um einen veränderten Einstellbereich aufgrund von Defekten, Störungen oder auch Alte­ rungserscheinungen des Ventils oder weiterer Elemente des Partikel­ filtersystemes zu berücksichtigen und bei der Regelung zu eliminie­ ren. Auch ist es denkbar, dass bei der einmaligen Ermittlung bezie­ hungsweise bei der Ermittlung in vorgebbaren Zeitabständen ein un­ zulässiger Einstellbereich beispielsweise bei Über- oder Unter­ schreitung einer oberen oder unteren Grenze eine Warnmeldung ge­ neriert wird.In a development of the invention, the setting range is at least in predeterminable time intervals determined. For example, it is possible Lich, starting from a setting range determined once to be determined again at predefinable time intervals (for example after each regeneration of a particle filter) to a changed one Setting range due to defects, malfunctions or old ones manifestations of the valve or other elements of the particle filter system to be taken into account and eliminated in the control ren. It is also conceivable that for the one-time determination a un when determining at predeterminable time intervals permissible setting range for example with over or under warning message if an upper or lower limit is exceeded is generated.

In Weiterbildung der Erfindung werden der Einstellbereich und Reg­ lerparameter in Abhängigkeit von Arbeitspunkten und/oder Betriebs­ zuständen der Dieselbrennkraftmaschine und/oder des Partikelfilter­ systemes bestimmt. Dies hat den Vorteil, dass die Regelung sowohl in Abhängigkeit des Einstellbereiches des Ventils als auch in Abhän­ gigkeit von Arbeitspunkten beziehungsweise Betriebszuständen durchführbar beziehungsweise anpassbar ist.In a development of the invention, the setting range and Reg ler parameters depending on working points and / or operation states of the diesel engine and / or the particle filter system determined. This has the advantage that the scheme is both depending on the setting range of the valve as well as of working points or operating states is feasible or adaptable.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Reglerparameter für die Re­ geleinrichtung in Abhängigkeit der Parameter des Partikelfilter­ systemes beziehungsweise in Abhängigkeit der Dieselbrennkraftma­ schine vorgebbar. Dies hat den Vorteil, dass das Regelkreisverhalten unter Berücksichtigung der Stabilität des Regelkreisverhaltens dem vorliegenden Einsatzfall (eingesetztes Partikelfiltersystem bzw. Die­ selbrennkraftmaschine) unter Berücksichtigung des Einstellbereiches adaptierbar ist. Dies ist insbesondere beim Einsatz eines digitalen Reglers von Vorteil, da hierdurch das prinzipiell aufgrund des großen Zahlenbereiches mögliche weite Davonintegrieren wirksam verhindert wird.In a development of the invention, the controller parameters for the Re Gel device depending on the parameters of the particle filter system or depending on the diesel internal combustion engine can be specified. This has the advantage that the control loop behavior considering the stability of the control loop behavior present application (used particle filter system or Die internal combustion engine) taking into account the setting range  is adaptable. This is especially true when using a digital Regulator advantageous, because this is principally due to the large Possible wide range of integrating effectively prevented becomes.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und zwei Vor­ richtungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten, sind im folgenden beschrieben und in den Fig. 1 und 2 gezeigt.The mode of operation of the method according to the invention and two devices which operate according to the method according to the invention are described below and shown in FIGS. 1 and 2.

Fig. 1 zeigt einen an sich bekannten Regelkreis, der aus einer Re­ geleinrichtung 1 (insbesondere PI-Regler), einer erfindungsgemäß vorgesehenen Begrenzungseinrichtung 2 und aus einer Regelstrecke 3 besteht. Bei der Regelstrecke 3 handelt es sich zumindest um ein Ventil des Partikelfiltersystemes, das beeinflusst wird von der gege­ benenfalls begrenzten Stellgröße und um den Teil des Partikelfilter­ systemes, der von dem Ventil beeinflusst wird. Die Regelgröße am Ende der Regelstrecke 3 (insbesondere die Temperatur vor dem Partikelfilter), wird an den Eingang der Regeleinrichtung 1 subtraktiv zurückgeführt, wobei additiv der Regeleinrichtung 1 der Sollwert (beziehungsweise Führungswert) zugeführt wird. Die Begrenzungs­ einrichtung 2 arbeitet derart, dass eine von der Regeleinrichtung 1 ausgegebene Stellgröße, die innerhalb des Einstellbereiches des Ventils liegt, direkt an diese weitergegeben wird. Überschreitet oder unterschreitet die von der Regeleinrichtung 1 ausgegebene Stell­ größe den Einstellbereich (obere beziehungsweise untere Grenze) erfolgt eine Begrenzung der Stellgröße (insbesondere auf die untere beziehungsweise obere Grenze). Fig. 1 shows a known control circuit which consists of a gel means Re 1 (in particular a PI controller), an inventively provided limiting device 2 and from a control section 3. The controlled system 3 is at least one valve of the particle filter system that is influenced by the possibly limited manipulated variable and the part of the particle filter system that is influenced by the valve. The controlled variable at the end of the controlled system 3 (in particular the temperature upstream of the particle filter) is returned to the input of the control device 1 subtractively, the setpoint (or command value) being added to the control device 1 . The limiting device 2 works in such a way that a manipulated variable output by the control device 1 , which lies within the setting range of the valve, is passed on directly to the latter. If the manipulated variable output by the control device 1 exceeds or falls below the setting range (upper or lower limit), the manipulated variable is limited (in particular to the lower or upper limit).

Fig. 2 zeigt eine weitere Realisierung des Regelkreises, wobei ein Ersatzschaltbild für die Regeleinrichtung 1 (aus Fig. 1) mit den Be­ zugsziffern 4 und 7 dargestellt ist. Darüber hinaus ist die in Fig. 1 gezeigte Regelstrecke 3 durch ein Ventil 5 für den Kraftstoff des Brennersystemes des Partikelfiltersystemes und einen Partikelfilter 6 aufgeteilt. Durch Beeinflussung des Ventils 5 erfolgt - unter weiterer Berücksichtung beziehungsweise Einstellung weiterer Komponenten (wie beispielsweise Luftversorgung) des Partikelfiltersystemes - die Regelung der Temperatur vor dem Partikelfilter. Fig. 2 shows a further implementation of the control loop, an equivalent circuit diagram for the control device 1 (from Fig. 1) with the Be reference numerals 4 and 7 is shown. In addition, the controlled system 3 shown in FIG. 1 is divided by a valve 5 for the fuel of the burner system of the particle filter system and a particle filter 6 . By influencing the valve 5 , the temperature in front of the particle filter is controlled, with further consideration or adjustment of further components (such as air supply) of the particle filter system.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersysteme für die Ab­ gase von Dieselbrennkraftmaschinen, wobei ein Brennersystem in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter des Partikelfilter­ systemes und/oder der Dieselbrennkraftmaschine zum Abbrennen der in zumindest einem Partikelfilter des Partikelfiltersystemes abgela­ gerten Rußpartikel zur Regeneration betreibbar ist, wobei ein durch zumindest eine die Brennstoffzufuhr zu dem Brennersystem einstel­ lendes Ventil beeinflussbarer Parameter auf einen vorgebbaren Wert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einstellbereich des Ventils ermit­ telt wird und eine Regeleinrichtung mit zumindest einem Integralanteil die Regelung in Abhängigkeit des ermittelten Einstellbereiches derart durchführt, dass eine von der Regeleinrichtung ausgegebene Stell­ größe für eine Einstellung des Ventils bei Verlassen des ermittelten Einstellbereiches dergestalt beeinflusst wird, insbesondere verringert wird, dass die ausgegebene Stellgröße im wesentlichen einer Grenze des Einstellbereiches des Ventils entspricht.1. A method for the regeneration of particle filter systems for the exhaust gases from diesel internal combustion engines, a burner system depending on at least one parameter of the particle filter system and / or the diesel internal combustion engine for burning off the soot particles deposited in at least one particle filter of the particle filter system for regeneration, wherein a is regulated to a predeterminable value by at least one parameter that can influence the fuel supply to the burner system, characterized in that a setting range of the valve is determined and a control device with at least one integral component carries out the control as a function of the determined setting range such that a manipulated variable output by the control device for an adjustment of the valve upon leaving the determined adjustment range is influenced in this way, in particular is reduced, that the output manipulated variable e substantially corresponds to a limit of the adjustment range of the valve. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellbereich einmalig ermittelt, abgespeichert und zur Regelung herangezogen wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the setting range is determined once, is saved and used for regulation.   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellbereich zumindest in vor­ gebbaren Zeitabständen ermittelt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the setting range at least in front definable time intervals is determined. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellbereich und Reglerpara­ meter in Abhängigkeit von Arbeitspunkten und/oder Betriebszustän­ den der Dieselbrennkraftmaschine und/oder des Partikelfiltersyste­ mes bestimmt werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the setting range and controller para meters depending on working points and / or operating conditions that of the diesel engine and / or the particulate filter system be determined. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Reglerparameter für die Regelein­ richtung in Abhängigkeit der Parameter des Partikelfiltersystemes be­ ziehungsweise in Abhängigkeit der Dieselbrennkraftmaschine vor­ gebbar sind.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that controller parameters for control direction depending on the parameters of the particle filter system or depending on the diesel engine are given.
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