DE4303711A1

DE4303711A1 - Dieselpartikelfiltersystem

Info

Publication number: DE4303711A1
Application number: DE4303711A
Authority: DE
Inventors: Uwe Jung; Rolf Miebach; Taghi Akbarian; Juergen Brandt; Hans Houben; Michael Kaiser
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 1993-02-09
Filing date: 1993-02-09
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: DE4303711B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration von Partikelfilter systemen für die Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.

Aus der DE 42 42 274 ist ein Verfahren zur Regeneration von Partikelfil tersystemen bekannt, bei dem in Abhängigkeit des Abgasgegendruckes ein Brennersystem zur Regeneration von einem Partikelfilter, in dem die Rußpartikel der Dieselbrennkraftmaschine abgelagert sind, während einer bestimmten Brenndauer (Regeneration) betrieben wird. Die Rege neration erfolgt derart, daß der Betrieb des Brennersystemes geregelt wird. Die Erfassung eines einzigen Parameters (Abgasgegendruck) und der daraus resultierende Beginn der Regeneration hat den Nachteil, daß beispielsweise bei einer ungenauen Arbeitsweise eines Sensors zur Er mittlung des Abgasgegendrucks der erfaßte Wert fehlerhaft ist und damit die Regeneration zu einem nicht gewünschten Zeitpunkt (zu früh oder zu spät) eingeleitet wird. Darüber hinaus besteht ein wesentlicher Nachteil darin, daß bei einer Nicht-Ermittlung des Parameters (zum Beispiel auf grund eines defekten Sensors) das bekannte Verfahren nicht durchge führt werden kann, wodurch es zu Beeinträchtigungen des Betriebes der Dieselbrennkraftmaschine beziehungsweise zu Beschädigungen des Par tikelfiltersystemes kommen kann. Darüber hinaus stehen mittels dieser Methode keine hinreichend genauen Informationen über ein Maß der Be ladung des Partikelfilters zur Verfügung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem Stand der Technik ein Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersystemen bereitzustellen, das eine zuverlässige Feststellung eines Beladungszu standes beziehungsweise einer Beladungsgrenze eines Partikelfilters er möglicht und die genannten Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi gen Patentansprüche gelöst.

Ausgehend von einem Verfahren zur Regeneration von Partikelfilter systemen für die Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen, wobei ein Brennersystem in Abhängigkeit von Parametern einer Dieselbrennkraft maschine und/oder zumindest eines Partikelfilters zum Abbrennen der in dem Partikelfilter abgelagerten Rußpartikel zur Regeneration des Parti kelfilters betreibbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine Be ladung (Beladungsgrad) des Partikelfilters mit Rußpartikeln nach von einander unabhängigen Methoden (gemäß der unabhängigen Pa tentansprüche) ermittelt und bei Überschreitung eines vorgebbaren Maßes (Grenzwertes) zumindest einer Methode der Betrieb des Brenner systemes eingeleitet wird. Die Ermittelung des Beladungsgrades nach den voneinander unabhängigen Methoden hat den Vorteil, daß immer zumindest eine hinreichend genaue Information über den aktuellen Be ladungsgrad des Partikelfilters zur Verfügung steht. Damit ist die Er fassung des Beladungsgrades und davon ausgehend die Einleitung des Betriebes des Brennersystemes sichergestellt. Darüber hinaus kann ins besondere durch eine Kombination von zumindest zwei Methoden der in den unabhängigen Patentansprüchen erfindungsgemäß vorgesehenen Methoden die Einleitung des Brennersystemes redundant ausgelegt wer den.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer ersten Methode ein Maß für die Beladung des Partikelfilters, insbesondere die Masse der Rußpartikel, wenigstens in Abhängigkeit der erfaßten Drehzahl der Die selbrennkraftmaschine und eines in dem Partikelfiltersystem erfaßten Druckes, insbesondere eines zeitlich gemittelten Druckes, berechnet und bei Überschreitung eines vorgebbaren Maßes der Betrieb des Brenner systemes eingeleitet. Diese Methode kommt beispielsweise neben der an sich bekannten Methode, die Regeneration in Abhängigkeit eines Grenz wertes des Abgasgegendruckes der Dieselbrennkraftmaschine einzulei ten, zur Anwendung. So ist es beispielsweise denkbar, daß der Bela dungsgrad (Masse der Rußpartikel, die in dem Partikelfilter abgelagert sind) aus den erfaßten Meßgrößen (Drehzahl, Druck, Drehmoment, Ar beitspunkt der Dieselbrennkraftmaschine und weitere Meßgrößen) direkt berechnet wird. Weiterhin ist es denkbar, die erfaßten Größen mit weite ren erfaßten Größe zu kombinieren und/oder durch vorgebbare Kenn werte (beispielsweise Faktoren) zu beeinflussen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß zumindest in Abhängigkeit von Parametern (insbesondere Meßgrößen und Typ) der Dieselbrennkraftmaschine ein Maß für die Beladung des Partikelfilters aus mindestens einem Kennfeld berechnet wird und bei Überschreitung eines vorgebbaren Maßes der Betrieb des Brenner systemes eingeleitet wird. Die Ermittelung der Masse der Rußpartikel auf der Grundlage von Kenn feldwerten, die Kennfeldern beziehungsweise Kenninien in Abhängigkeit der erfaßten Größen entnommen werden, stellt eine weitere Methode dar. In vorteilhafter Weise erfolgt die Entnahme von Kennfeldwerten aus zwei Kennfeldern, wobei die Parameter, in deren Abhängigkeit die Kennfeld werte entnommen werden, gleich oder unterschiedlich sind. Anschlie ßend erfolgt eine Verknüpfung (beispielsweise Multiplikation) der ent nommenen Werte derart, daß ein Maß für die Beladung daraus berechnet werden kann. Bei Erreichen oder Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes, der beispielsweise die die maximal von dem Partikelfilter aufnehmbare Rußpartikelmasse darstellt, erfolgt die Einleitung des Be triebes des Brennersystemes. Darüber hinaus ist es denkbar, daß die Kennfeldwerte weiterhin in Abhängigkeit von Meßgrößen beeinflußbar sind. Bei den Kennfeldwerten handelt es sich insbesondere hinsichtlich der Dieselbrennkraftmaschine beziehungsweise des Partikelfilters um typbezogene Werte (zum Beispiel Volumenstrom, Rußkonzentration). Der Einsatz insbesondere mehrdimensionaler Kennfelder hat den Vorteil, daß für verschiedene Arten (Typen) von Partikelfiltern beziehungsweise Dieselbrennkraftmaschinen (oder eine Kombination von beiden) die Masse der Rußpartikel in einfacher Art und Weise berechnet werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß eine in den Partikelfilter strömende Menge an Rußpartikeln direkt er mittelt und zumindest durch eine zeitliche Bewertung (Integration) ein Maß für die Beladung des Partikelfilters gewonnen wird und bei Über schreitung eines vorgebbaren Maßes der Betrieb des Brennersystemes eingeleitet wird. Damit ist es mit dieser Methode möglich, Sensoren be ziehungsweise Einrichtungen einzusetzen, die es gestatten, aus der strömenden Menge an Rußpartikeln und der zeitlichen Bewertung ein Maß für die Beladung zu ermitteln. Darüber hinaus ist es denkbar, die Masse der in dem Partikelfilter angesammelten Partikel direkt zu be stimmen.

In Weiterbildung der Erfindung wird ein weiterer in dem Partikelfilter system herrschender Druck erfaßt und ein Differenzdruck gebildet, der mit einem vorgebbaren Grenzwert für den Druck verglichen wird. Die Er fassung zweier Druckwerte, die in dem Partikelfiltersystem herrschen (insbesondere vor und hinter dem Partikelfilter) und die Bildung eines Differenzdruckes hat den Vorteil, daß neben der ersten Methode eine wei tere Methode zur Verfügung steht, mit der die Beladungsgrenze erfaßt werden kann. Dabei kommt in vorteilhafter Weise wieder ein Kennfeld zum Einsatz, wobei der Kennfeldwert in Abhängigkeit von Parametern der Dieselbrennkraftmaschine und/oder von Parametern des Partikelfil tersystemes entnommen wird und mit einem vorgebbaren Grenzwert für den Druck (Differenzdruck) verglichen wird. Dadurch ist in vorteilhafter Weise die Berechnung der Beladung auch bei einer Störung des Betrie bes der Dieselbrennkraftmaschine möglich.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Ermittelung der Beladung in Abhängigkeit des Types der Dieselbrennkraftmaschine. Aufgrund der Tatsache, daß unterschiedliche Typen von Dieselbrennkraftmaschinen bei vergleichbaren Arbeitspunkten einen unterschiedlichen Ausstoß von Abgasen und damit verbunden eine unterschiedliche Abgabe der Menge der Rußpartikel aufweisen, ist es von Vorteil, insbesondere beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Prüfständen die Beladung in Ab hängigkeit des Types der Dieselbrennkraftmaschine zu ermitteln.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Ermittelung der Beladung in Abhängigkeit der Anzahl der Partikelfilter. Dies hat den Vorteil, daß die Beladung auch dann ermittelt (berechnet) werden kann, wenn das Parti kelfiltersystem mehr als einen Partikelfilter aufweist. Bei Erreichen oder Überschreiten des Grenzwertes wird der Abgasstrom auf einen weiteren Partikelfilter umgeleitet und der beladene Partikelfilter regeneriert.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt in Ergänzung zur Ermittlung in Abhängigkeit der Anzahl der Partikelfilter die Ermittelung der Beladung in Abhängigkeit der Beaufschlagung von zumindest zwei Partikelfiltern mit den Abgasen der Dieselbrennkraftmaschine. Dies hat den Vorteil, daß die Beladung dann ermittelt werden kann, wenn einer Dieselbrenn kraftmaschine zumindest zwei Partikelfilter nachgeordnet sind, wobei die zumindest beiden Partikelfilter in einem vorgebbaren Verhältnis zu einander mit den Abgasen der Dieselbrennkraftmaschine beaufschlagbar sind. Hierbei ist es denkbar, daß die Beaufschlagung variabel oder fest vorgegeben ist. So kann beispielsweise ein Partikelfilter mit den Abgasen beaufschlagt werden, während dem anderen Partikelfilter keine Abgase zugeführt werden oder umgekehrt. Ebenso ist ein Fall denkbar, daß beide Partikelfilter mit den Abgasen der Dieselbrennkraftmaschine beauf schlagt werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird ein Parameter der Dieselbrenn kraftmaschine, insbesondere eine Betriebszeit, derart bewertet, daß da mit die Masse der Rußpartikel ermittelbar ist. Bei diesem Parameter der Dieselbrennkraftmaschine handelt es sich in vorteilhafter Weise um eine Zeitdauer, während der die Dieselbrennkraftmaschine (insbesondere während eines Prüfstandlaufes) betrieben wird. Bei stationären Anlagen (beispielsweise Notstromaggregate, die von einer Dieselbrennkraftma schine angetrieben werden) handelt es sich beispielsweise um die Lauf zeit der Dieselbrennkraftmaschine zumindest während des Betriebes der Anlage. Weiterhin erfolgt eine Bewertung des Parameters beispielsweise mit einem vorgebbaren Kennwert derart, daß damit die Masse der Ruß partikel ermittelbar ist. Der Kennwert ist in vorteilhafter Weise abhängig von dem Typ und/oder dem Arbeitsbereich der Dieselbrennkraftma schine, in welchem diese während der Betriebsdauer betrieben worden ist. So ist es beispielsweise auf Prüfständen ermittelbar, daß ein be stimmter Typ einer Dieselbrennkraftmaschine während einer bestimm ten Betriebsdauer in unterschiedlichen Arbeitsbereichen unterschiedli che Abgasmengen (und damit verbunden unterschiedliche Mengen von Rußpartikeln) ausstößt. Ist beispielsweise derart ermittelt worden, daß innerhalb einer bestimmten Zeitspanne die Dieselbrennkraftmaschine eine bestimmte Menge Ruß ausstößt, kann für weitere Zeitspannen durch Bewertung des Kennwertes (zum Beispiel ein Vielfaches des Kennwertes) die Masse der Rußpartikel berechnet werden. Wird ebenfalls bei dieser Methode der vorgebbare Grenzwert erreicht beziehungsweise überschritten, wird der Betrieb des Brennersystemes zur Regeneration des Partikelfilters eingeleitet.

In Weiterbildung der Erfindung wird der vorgebbare Grenzwert berech net und weist zumindest eine obere und eine untere Grenze auf. Die Er mittelung beziehungsweise Berechnung des Grenzwertes hat den Vorteil, daß das erfindungsgemäße Verfahren für unterschiedliche Typen von Partikelfiltern einsetzbar ist. Bei der Berechnung des vorgebbaren Grenzwertes wird beispielsweise von einem Grenzwert, der einem neuen Partikelfilter entspricht, ausgegangen und in Abhängigkeit von Parame tern des Partikelfilters in einer Art modifiziert, so daß beispielsweise Be einträchtigungen des Partikelfilterbetriebes (beispielsweise durch zuge setzte Kanäle, die nicht mehr freibrennbar sind) oder Alterungseffekte berücksichtigt werden. Ebenso ist es möglich, die vorgebbaren Grenz werte für jede einzelne Methode zu berechnen beziehungsweise zu er mitteln, wobei die Grenzwerte unterschiedlich oder gleich sein können. Darüber hinaus bietet es sich in vorteilhafter Weise an, bei der Ermitte lung der Beladung nach zumindest einer Methode untere und obere Grenzen des zumindest einen vorgebbaren Grenzwertes zu überprüfen, damit sichergestellt ist, daß der Betrieb des Brennersystems in einem zu lässigen, zuverlässigen und sicheren Arbeitsbereich liegt. So ist es beispielsweise weiterhin denkbar, die erfaßten, ermittelten beziehungs weise einem Kennfeld entnommenen Größen zu begrenzen.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Ermittelung der Beladung (Beladungsgrad) nur dann, wenn der zumindest eine Partikelfilter mit Abgasen beaufschlagt ist. Dies hat den Vorteil, daß während der Regene ration eines Partikelfilters die Ermittelung der Beladung entfallen kann.

Claims

1. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersystemen für die Ab gase von Dieselbrennkraftmaschinen, wobei ein Brennersystem in Ab hängigkeit von Parametern einer Dieselbrennkraftmaschine und/oder zumindest eines Partikelfilters zum Abbrennen der in dem Partikelfilter abgelagerten Rußpartikel zur Regeneration des Partikelfilters betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maß für die Beladung des Partikelfil ters, insbesondere eine Masse der Rußpartikel, wenigstens in Abhängig keit der erfaßten Drehzahl der Dieselbrennkraftmaschine und eines in dem Partikelfiltersystem erfaßten Druckes, insbesondere eines zeitlich gemittelten Druckes, berechnet und bei Überschreitung eines vorgebba ren Maßes der Betrieb des Brennersystemes eingeleitet wird.

2. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersystemen für die Ab gase von Dieselbrennkraftmaschinen, wobei ein Brennersystem in Ab hängigkeit von Parametern einer Dieselbrennkraftmaschine und/oder zumindest eines Partikelfilters zum Abbrennen der in dem Partikelfilter abgelagerten Rußpartikel zur Regeneration des Partikelfilters betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in Abhängigkeit von Parame tern der Dieselbrennkraftmaschine ein Maß für die Beladung des Parti kelfilters aus mindestens einem Kennfeld berechnet wird und bei Über schreitung eines vorgebbaren Maßes der Betrieb des Brennersystemes eingeleitet wird.

3. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersystemen für die Ab gase von Dieselbrennkraftmaschinen, wobei ein Brennersystem in Ab hängigkeit von Parametern einer Dieselbrennkraftmaschine und/oder zumindest eines Partikelfilters zum Abbrennen der in dem Partikelfilter abgelagerten Rußpartikel zur Regeneration des Partikelfilters betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine in den Partikelfilter strömende Menge an Rußpartikeln direkt ermittelt und zumindest durch eine zeitliche Be wertung (Integration) ein Maß für die Beladung des Partikelfilters ge wonnen wird und bei Überschreitung eines vorgebbaren Maßes der Be trieb des Brennersystemes eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer in dem Partikelfiltersystem herrschender Druck erfaßt und ein Differenzdruck gebildet wird, der mit einem vorgebbaren Grenzwert für den Druck verglichen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Beladung in Ab hängigkeit des Types der Dieselbrennkraftmaschine erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Beladung in Ab hängigkeit der Anzahl der Partikelfilter erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittelung der Beladung in Ab hängigkeit der Beaufschlagung von zumindest zwei Partikelfiltern mit den Abgasen der Dieselbrennkraftmaschine erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Parameter der Dieselbrennkraftma schine, insbesondere eine Betriebszeit, derart bewertet wird, daß damit die Masse der Rußpartikel ermittelbar ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der vorgebbare Grenzwert er mittelt beziehungsweise berechnet wird und zumindest eine obere und eine untere Grenze aufweist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittelung der Beladung (Beladungsgrad) nur dann erfolgt, wenn der zumindest eine Partikelfilter mit Abgasen beaufschlagt ist.