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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Steuerung der Betriebsweise einer Abgasanlage
eines Verbrennungsmotors, die einen Partikelfilter aufweist, sowie
eine gesteuerte Anordnung zur Unterstützung der Regenerierung des
Filters, sowie ein Verfahren zur Steuerung des Verbrennungsmotors,
der zum Beispiel ein Dieselmotor ist, welcher mit einem Partikelfilter
versehen ist.
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Die Vorschriften hinsichtlich der
Lftverschmutzung und des Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungsmotoren
für Kraftfahrzeuge
werden in allen industrialisierten Ländern täglich strenger. Daher ist die
Autoindustrie aufgerufen, technische Lösungen zu entwickeln um diesen
Anforderungen zu entsprechen ohne die Leistungsfähigkeit der Motoren oder deren
Herstellungskosten zu stark zu belasten.
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Zu den bekannten Anordnungen für die Abscheidung
von Partikeln, die von Verbrennungsmotoren und insbesondere von
Dieselmotoren ausgestoßen
werden, gehören
Partikelfilter, die in die Abgasleitungen eingesetzt werden. Diese
Filter sind in der Lage, die in den Abgasen enthaltenen Partikel
oder Russteilchen abzuscheiden. Gesteuerte Anordnungen zur Regenerierung
ermöglichen
es, die in den Filtern abgeschiedenen Partikel periodisch zu verbrennen
um deren Verstopfung zu verhindern.
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Russteilchen verbrennen bei einer
Temperatur in der Größenordnung
von 550 bis 600°C.
Diese Temperaturen werden jedoch nur in Ausnahmefällen von
den Abgasen eines Dieselmotors für
ein Kraftfahrzeug erreicht, da zum Beispiel im Stadtverkehr die
Temperatur der Abgase zwischen nur 150 und 250° schwankt. Daraus resultiert
die Notwendigkeit, eine geeignete Anordnung zur Erhöhung der
Temperatur der Abgase vorzusehen um einen derartigern Partikelfilter
zu regenerieren.
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Dazu wurden bereits verschiedene
Anordnungen vorgeschlagen. Zum Beispiel ermöglichen Heizanordnungen mittels
eines elektrischen Widerstands, insbesondere in Form von Heizgittern
die Erhöhung
der Temperatur der Abgase auf einen Wert, der ausreicht, um die
Partikel im Filter zu verbrennen.
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Andere Anordnungen schlagen die Erhöhung der
Temperatur der Abgase durch Einspritzen einer zusätzlichen
Menge an Kraftstoff in wenigstens eine der Verbrennungskammern in
Form einer Nacheinspritzung vor. Das bedeutet, dass nach dem Einspritzen
der für
den Betrieb des Motors in herkömmlicher
Weise erforderlichen Menge an Kraftstoff eine zusätzliche
Menge an Kraftstoff zu einem späteren Zeitpunkt
eingespritzt wird. Ein Teil dieser zusätzlichen Menge an Kraftstoff
entzündet
sich und führt dadurch
zu einer Erhöhung
der Temperatur der Abgase, während
der verbleibende Rest dieser Menge in teilweise oxydierende Stoffe,
wie zum Beispiel Kohlenmonoxyd CO und Kohlenwasserstoffe HC umgewandelt
wird.
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Dieses Kohlenmonoxyd und diese Kohlenwasserstoffe
können
ebenfalls zu einer Erhöhung
der Temperatur der Abgase beitragen durch exothermische Reaktionen,
bevor sie den Partikelfilter erreichen. Diese exothermischen Reaktionen
treten ein beim Durchsetzen eines Oxydationskatalysators, der stromaufwärts des
Partikelfilters angeordnet ist.
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Zur Verringerung des Energieaufwands
für die
Verbrennung von Russ ist es übrigens
bereits bekannt, die Temperatur der Verbrennung von Russ durch den
Einsatz geeigneter Katalysatoren zu verringern. Dazu gehört, dem
Kraftstoff ein Additiv beizufügen,
wie zum Beispiel eine organo-metallische Verbindung. Dieses sich
mit dem Kraftstoff vermischende Additiv verbleibt in den Russteilchen,
sodass es eine katalytische Wirkung während des Verbrennens der Russteilchen
ausübt
und zugleich die Temperatur verringert, bei der sie sich entzünden.
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Der Einsatz dieser verschiedenen
Anordnungen zur Unterstützung
der Regenerierung wird durch eine elektronische Steueranordnung
gesteuert, die als Funktion einer bestimmten Anzahl von Parametern,
insbesondere der Beladung des Filters mit Partikeln, den Zeitpunkt
der Regenerierung bestimmt.
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So beschreibt zum Beispiel die FR
2 774 421 eine Anordnung zur Steuerung des Betriebes eines Partikelfilters
für einen
Dieselmotor für
ein Kraftfahrzeug und insbesondere, wie die Anordnung zur Unterstützung der
Regenerierung ausgelöst
wird, sowie die Menge an Russ im Filter einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet,
wobei die Menge an Russ ermittelt wird ausgehend von einer Messung
der Verminderung der Last an den Anschlüssen des Filters und von den
Betriebszuständen
des Motors.
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Die Kenntnis der Menge an abgeschiedenem
Russ ist eine wesentliche Information für die Steuerung der Anordnung
zur Unterstützung
der Regenerierung. Ist nämlich
der Gehalt an Russ zu gering, so ist es schwierig, diesen zu verbrennen
und ist der Gehalt zu groß,
so besteht das Risiko, dass die stark exothermische Verbrennung
des Rußes
den Filter zerstört.
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Es hat sich herausgestellt, dass
die bekannten Verfahren zur Bestimmung der Menge an Russ nur Schätzwerte
liefern, insbesondere auf Grund von Alterungsprozessen des Filters.
Die Messung der Beladung, die auf einer Ermittlung der Verminderung der
Last beruht, berücxsichtigt
nicht nur ausschließlich
die während
der Phasen der Regenerierung brennbaren Russteilchen. Der Motor
erzeugt nämlich auch
solche Partikel, die nicht bei den Temperaturen für die Verbrennung
von Russ verbrennen; diese nicht brennbaren Partikel werden ebenfalls
vom Filter abgeschieden und können
daher nicht während
der Phasen der Regenerierung in den gasförmigen Zustand überführt werden.
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Diese ( bei den Temperaturen für die Verbrennung
von Ruß )
nicht brennbaren Partikel verstopfen auf lange Sicht den Filter
und verringern damit sein Abscheidungsvermögen für Russ. Zu den nicht brennbaren
und damit im Filter verbleibenden Partikeln gehören die für die Unterstützung der
Verbrennung eingesetzten Additive in Form von organometallischen
Verbindungen, deren Temperatur der Sublimation sehr hoch ist und
die aus diesem Grund während
der Phasen der herkömmlichen
Verbrennung im Filter nicht verbrannt werden, da die dabei erreichten
Temperaturen nur selten 1000° überschreiten.
Außerdem
können
auch bestimmte nicht verbrennbare Öladditive im Filter abgeschieden
werden.
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Dies führt dazu, dass sowie im Filter
eine bestimmte Menge an nicht brennbaren Partikeln abgeschieden
worden ist, das Verhältnis
der gesamten Beladung des Filters zur Beladung mit brennbaren Partikeln
fehlerhaft ist und damit zu ungeeigneten Schritten der Regenerierung
führen
kann, das heißt zum
Beispiel, dass die tatsächlich
abgeschiedene Menge an brennbaren Partikeln zu klein für eine Behandlung
ist, wodurch wiederum zu viele Schritte der Regenerierung durchgeführt werden
und damit verbunden ein übermäßiger Verbrauch
an Kraftstoff durch den Motor bedingt ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, den Anteil der Beladung eines Filters mit ( bei der Temperatur
der Verbrennung der brennbaren Partikel ) nicht brennbaren Partikeln
zu bestimmen, wobei dieser Anteil während der Verbrennung der brennbaren
Partikel also nicht regeneriert wird und den tatsächlichen
Anteil der Beladung mit brennbaren Partikeln daraus abzuleiten.
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Gemäss der Erfindung ist das Verfahren
zur Steuerung des Betriebes eines Partikelfilters für einen
Verbrennungsmotor dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerierung
des Filters ausgelöst
wird als Funktion der tatsächlichen
Beladung mit brennbaren Partikeln, wobei diese tatsächliche
Beladung mit Russ abgeleitet wird aus der gesamten Beladung des Filters,
von der die Beladung mit nicht brennbaren Partikeln abgezogen wird.
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Gemäss einem anderen Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird die Beladung mit nicht brennbaren
Partikeln aus der gesamten Beladung des Filters am Ende der Phase
der Regenerierung abgeleitet.
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Auch wenn der Filter für die Partikel
in wirksamer Weise alle vom Motor ausgestoßenen Teilchen aufnimmt, so
weist er doch noch einen Nachteil auf, der darin zu sehen ist, dass
er ein Hindernis für die
strömenden
Gase darstellt und demzufolge einen Gegendruck für die ausströmenden Abgase
erzeugt, der sich auf den Betrieb des Motors negativ auswirkt da
er dessen Leistung beeinträchtigt.
Während
des Ausstoßens
der Abgase muss nämlich
der Kolben eine größere mechanische
Kraft aufbringen um die in der Verbrennungskammer entstandenen Abgase
abzuführen.
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Die Intensität des sich den ausströmenden Gasen
entgegen wirkenden Gegendrucks im Partikelfilter nimmt mit der Zeit
in zyklischer Weise zu und zwar als Funktion der Beladung mit Partikeln,
die sich ebenfalls in zyklischer Weise ändert. So nimmt die Beladung
nach jeder Phase der Regenerierung zu bis auf einen maximalen Wert,
bei dem eine neue Phase der Regenerierung ausgelöst wird. Dadurch werden zyklische
Verschlechterungen der Leistungen des Motors hervorgerufen: verringertes
Drehmoment oder verringerte Leistung, geringerer Anstieg der Drehzahl,
längere
Ansprechzeit der Turbine bei Aufladung (sofern der Motor mit einem
Turboantrieb versehen ist), die vom Fahrer als mehr oder minder störend empfunden
werden.
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Die vorliegende Erfindung zielt daher
zusätzlich
darauf ab, diese Probleme zu überwinden
und schlägt
zu diesem Zweck eine Korrektur der Parameter für die Steuerung des Motors
dergestalt vor, dass die Leistung unabhängig vom Grad der Beladung
des Partikelfilters erhalten bleibt.
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Das Verfahren der Steuerung nach
der Erfindung bezieht sich zu diesem Zweck auf einen Verbrennungsmotor,
dessen Abgasleitung mit einem Partikelfilter versehen ist, der einen
Gegendruck mit variabler Intensität erzeugt als Funktion des
Grades der Beladung des Filters.
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Gemäss der Erfindung ist das Verfahren
zur Steuerung dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter für die Steuerung
des vom Motor abgegebenen Drehmomentes korrigiert werden als Funktion des
vom Filter erzeugten Gegendrucks, dahingehend, dass der Motor ein
im wesentlichen konstantes Drehmoment abgibt unabhängig von
dem im Filter erzeugten Gegendruck und damit unabhängig vom Grad
der Beladung des Filters.
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Gemäss einem anderen Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung werden die Menge des eingespritzten
Kraftstoffs und/oder der zeitliche Ablauf der Einspritzung des Kraftstoffs
während
des Zyklus des Motors und/oder der Druck der Aufladung korrigiert
als Funktion des Größe des vom
Filter erzeugten Gegendrucks.
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Gemäss einem weiteren Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird die Beladung mit nicht brennbaren
Partikeln an die gesamte Beladung des Filters am Ende der Phase
der vollständigen
Regenerierung angepasst, wobei die Phase der vollständigen Regenerierung
bestimmte Kriterien erfüllt, insbesondere
solche der Zeitdauer oder der erreichten Temperaturen.
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Gemäss einem anderen Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird eine Phase der vollständigen Regenerierung
periodisch durchgeführt.
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Gemäss einem weiteren Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird die Beladung mit nicht brennbaren
Partikeln an die gesamte Beladung des Filters während vorbestimmter Betriebszustände des
Motors angepasst.
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Gemäss einem anderen Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird die Beladung mit brennbaren Partikeln
nach der folgenden Formel bestimmt c2(t) = c(t) – c1 wobei:
c2(t) die Beladung des Filters mit brennbaren Partikeln als Funktion
der Zeit t ist,
c(t) die gesamte Beladung des Filters als Funktion der
Zeit t ist und
c1 der letzte Wert der Beladung mit nicht brennbaren Partikeln
ist.
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Gemäss einem weiteren Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird die Beladung mit brennbaren Partikeln
nach der folgenden Formel bestimmt: c2(t) = c(t) – c1(t) wobei
c2(t)
die Beladung des Filters mit brennbaren Partikeln als Funktion der
Zeit t ist,
c(t) die gesamte Beladung des Filters als Funktion der
Zeit t ist und
c1(t) eine Funktion der Zeit ist, die vom letzten
Wert der Beladung mit nicht brennbaren Partikeln abgeleitet ist,
wobei diese Funktion insbesondere vom Betriebszustand des Motors
abhängt.
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Gemäss einem anderen Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird die Beladung mit nicht brennbaren
Partikeln mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen, sodass
ein Warnsignal ausgelöst
wird, wenn dieser Schwellwert überschritten wird.
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Gemäss einem weiteren Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird die Entwicklung der Beladung
mit nicht brennbaren Partikeln analysiert um den Betrieb der Anordnung
zur Unterstützung
der Regenerierung zu kontrollieren im Hinblick auf die Zugabe von
metallischen Additiven zum Kraftstoff, um dadurch die Verbrennungstemperatur
der brennbaren Partikel abzusenken.
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Gemäss einem anderen Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird die gesamte Beladung des Filters
ausgehend von der Analyse der Verminderung der Last an den Anschlüssen des
Partikelfilters ermittelt.
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Gemäss einem weiteren Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird die Korrektur der Parameter für die Steuerung
des Drehmomentes vom Betriebspunkt des Motors und von dem Grad der
Beladung des Filters abgeleitet.
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Gemäss einem anderen Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird die Korrektur der Parameter für die Steuerung
des Drehmomentes aus der Verminderung der Last an den Anschlüssen des Filters
und aus dem Durchsatz der Abgase abgeleitet.
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Gemäss einem weiteren Merkmal des
Verfahrens nach der Erfindung wird die Korrektur der Parameter für die Steuerung
des Drehmomentes aus der Verminderung der Last an den Anschlüssen des Filters,
aus den dem Motor zugeführten
Mengen an Luft und Kraftstoff, aus der Temperatur und aus dem Druck
der Abgase, die stromaufwärts
des Filters gemessen werden, abgeleitet.
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Die Ziele, Aspekte und Vorteile der
Erfindung gehen deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung eines
nicht begrenzenden Ausführungsbeispiels
hervor, das ausschließlich
der Erläuterung dient,
im Zusammenhang mit den beigefügten
Figuren; darin zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors, der mit einem Partikelfilter
versehen ist, mit dem die Erfindung umgesetzt wird und
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2 ein
Diagramm der Zeit zur Verdeutlichung des Verfahrens nach der Erfindung.
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1 zeigt
den allgemeinen Aufbau eines Verbrennungsmotors, der mit 1 bezeichnet
ist und der zum Beispiel ein Dieselmotor ist, welcher zum Einbau
in ein Kraftfahrzeug bestimmt ist und der mit vier Zylindern und
mit Direkteinspritzung des Kraftstoffs versehen ist, sowie mit einer
Auspuffanlage, die eine Filterung der ausgestoßenen Partikel ermöglicht.
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In herkömmlicher Weise wird der Motor 1 mit Luft
versorgt über
eine Einlassleitung 2. Im Einlasskreis sind Fühler vorgesehen
um dem Rechner für die
Motorsteuerung Informationen bezüglich
des Drucks, der Temperatur oder auch dem Durchsatz an Einlassluft
zuzuführen.
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Die Versorgung mit Kraftstoff erfolgt
mittels nicht dargestellter elektromagnetischer Einspritzdüsen, die
in den Verbrennungskammern münden
und die vom Rechner 3 für
die Motorsteuerung gesteuert werden, ausgehend von dem unter Druck
stehenden Kraftstoffkreis 4, der zum Beispiel vom Typ common rail
ist, das heißt
ein Versorgungssystem mit hohem Druck und gemeinsamer Schiene.
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Die über den Auslass den Motor 1 verlassenden
Abgase werden über
die Leitung 5 abgeführt
und durchströmen
einen Partikelfilter 6. Verschiedene Fühler 7, wie zum Beispiel
Druckfühler
und Temperaturfühler,
die stromaufwärts
des Filters angeordnet sind, liefern dem Rechner 3 für die Motorsteuerung entsprechende
Informationen.
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Der auch für die Einspritzung zuständige Rechner 3 besteht
im wesentlichen aus einem Mikroprozessor oder aus einer zentralen
Recheneinheit CPU, mit RAM-Speichern, ROM-Speichern, Analog-Digital-Wandlern
A/D und verschiedenen Eingangs- und Ausgangs-Schnittstellen. Der Mikroprozessor des
Rechners 3 weist elektronische Schaltkreise und die entsprechende
Software auf um die von den verschiedenen Fühlern stammenden Signale zu
verarbeiten, die Betriebszustände
daraus abzuleiten und entsprechende Steuersignale für die erforderlichen
Stellglieder zu erzeugen.
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Der Rechner 3 steuert also
ausgehend von den Signalen, die von den verschiedenen Fühlern stammen
und insbesondere als Funktion der zugeführten Menge an Luft und der
Drehzahl des Motors sowie unter Zuhilfenahme von Formeln und von
abgespeicherten Werte für
die optimale Regelung des Motors den Betrieb der Einspritzdüsen und
vor allem den Beginn des Einspritzvorgangs sowie die Dauer der Öffnung der
Einspritzdüsen,
wodurch die Menge an eingespritztem Kraftstoff bestimmt wird und
auch die Anreicherung des Gemisches, das in die Verbrennungskammern
eintritt.
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Der Rechner 3 übernimmt
auch die Steuerung der Funktionsweise der Abgasanlage und insbesondere
diejenige für
den Partikelfilter 6. Insbesondere leitet der Rechner 3 gemäss dem Verfahren, das
im Folgenden beschrieben werden wird, den Grad der Beladung des
Partikelfilters mit nicht brennbaren und mit brennbaren Partikeln,
das heißt
Ruß, ab,
ausgehend von den insbesondere von den Fühlern 7 stammenden
Informationen, wobei er als Folge des Grades der Beladung mit Russ
entsprechend den vorgegebenen Strategien eine Phase der Regenerierung
auslöst.
Diese Phase der Regenerierung besteht im wesentlichen darin, die
Temperatur der den Partikelfilter 6 durchsetzenden Abgase
dergestalt zu erhöhen,
dass die abgeschiedenen Partikel entzündet werden. Diese Erhöhung der
Temperatur wird durch die Einschaltung der Anordnung zur Unterstützung der
Regenerierung eingeleitet.
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Für
die Unterstützung
der Regenerierung können
verschiedene Anordnungen verwendet werden, wie zum Beispiel eine
Anordnung zum elektrischen Aufheizen, oder auch, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel,
eine Erhöhung
der Temperatur der Abgase. Dies kann ganz einfach dadurch erfolgen,
dass die Einspritzdüsen
derart angesteuert werden, dass sie während des Expansionstaktes
eine zusätzliche
Menge an Kraftstoff einspritzen und zwar während mehrerer Motorzyklen.
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Der Rechner 3 wird auch
dazu verwendet, die Steuerung des Auslösens und des Ablaufs der Regenerierung
des Filters zu übernehmen,
sowie eine Überwachung
der Betriebsweise und des Zustandes des Filters, wozu auch eine
Warnung des Fahrers gehört
in dem Fall, in dem die Beladung mit nicht brennbaren Partikeln
zu groß wird.
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Das Verfahren der Überwachung
und Steuerung der Betriebsweise des Partikelfilters nach der Erfindung
besteht also darin, die Beladung mit nicht brennbaren Partikeln
festzustellen und die Beladung mit brennbaren Partikeln, sowie,
ausgehend von diesen beiden verschiedenen Beladungen, den Betrieb des
Filters zu steuern.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
ist es vor allem erforderlich, die gesamte Beladung des Filters
zu bestimmen. Verschiedene Verfahren sind dafür einsetzbar um ausgehend von den
von den Fühlern
durchgeführten
Messungen die gesamte Beladung des Filters 6 zu bestimmen.
Ein derartiges Verfahren ist zum Beispiel in der Veröffentlichung
FR 2 781 267 im Namen der Anmelderin beschrieben. Gemäss diesem
Verfahren wird die Verstopfung oder die Beladung des Filters 6 durch
bzw. mit Partikeln durch die folgende Formel bestimmt: (I) ΔP = c.A + B mit
ΔP : differentieller
Druck stromaufwärtsstromabwärts des
Filters ( gemessen von einem Fühler
für den
differentiellen Druck );
c : Beladung des Filters
A :
Volumendurchsatz durch den Filter;
B : offset des Fühlers für den differentiellen
Druck.
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Der Volumendurchsatz A der den Filter durchströmenden Gase
ist durch die folgende Formel gegeben: (II) A = k.(Mair + Mc).N.T/P mit
k
: Konstante ;
Mair : Masse der in den Motor eintretenden Luft;
Mc
: Masse des eingespritzten Kraftstoffs;
T : Temperatur der
Gase stromaufwärts
des Filters:
P : Druck der Gase stromaufwärts des Filters;
N : Drehzahl
des Motors.
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Daraus ist ersichtlich, dass zur
Bestimmung von c nur zwei Messpunkte erforderlich sind ( ΔP1, A1 ),
(ΔP2, A2
), oder, sofern b vorgegeben ist, sogar nur ein einziger Messpunkt.
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Damit ist es zu jedem Zeitpunkt möglich den Wert
c der Beladung des Filters festzustellen. Dieser Wert c setzt sich
aus zwei Einzelwerten zusammensetzt: der Beladung c1 mit nicht brennbaren
Partikeln und der Beladung c2 mit brennbaren Partikeln: C = c1 + c2.
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In 2 ist
die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
das heißt
die Strategie zur Bestimmung von c1 und c2 schematisch dargestellt.
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Zur Überprüfung der Betriebsweise des
Motors und der Funktionsweise der Abgasanlage wird die gemessene
Entwicklung der Beladung des Filters 6 berechnet. Wie bereits
ausgeführt
setzt sich die Beladung zusammen aus derjenigen für die nicht
brennbaren Partikel und derjenigen für die brennbaren Partikel.
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Zwischen zwei Regeneriervorgängen wird davon
ausgegangen, dass die Beladung mit nicht brennbaren Partikeln nur
geringfügig
zunimmt und dass demzufolge die auftretende Beladung in erster Linie
durch die vom Motor abgegebenen brennbaren Partikel verursacht wird.
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Unter der Annahme, dass am Ende der
Phase der Abscheidung/Regenerierung n°i der Grad der Beladung mit
nicht brennbaren Partikeln c1_i bekannt ist, kann während der
nachfolgenden Phase der Abscheidung/(Regenerierung n°1 + 1 davon
ausgegangen werden, dass gilt: c_i + 1(t) = c2_i
+ 1(t) + c1_i + 1(t) und c1_i + 1(t) = c1_i mit c_i + 1(t) = c2_i + 1(t) + c1_i und c2_i + 1(t) = c_i + 1(t) – c1
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Dadurch ist die Beladung des Filters
mit brennbaren Partikeln relativ genau bekannt, sodass es möglich ist,
die Phase der Renegerierung i+1 genau dann auszulösen wenn
ein bestimmtes Kriterium, wie ein Schwellwert für die Menge an abgeschiedenen,
die Beladung bildenden brennbaren Partikeln überschritten wird.
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Als Variante ist es auch möglich, die
Entwicklung von c1_i + 1 über
die Zeit ( c1_i + 1(t) ) zu verfolgen ausgehend von c1_i gemäss einem
mehr oder minder entwickelten Modell als Funktion zum Beispiel des
Betriebszustandes des Motors.
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Während
der Regenerierung nimmt mit dem Maß der Verbrennung der brennbaren
Partikel die gemessene Beladung ab bis sie am Ende der Phase der
Regenerierung einen minimalen Wert aufweist, der dem Grad der Beladung
mit nicht brennbaren Partikeln und einer nicht verbrannten Restbeladung mit
brennbaren Partikeln entspricht.
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Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung wird
als Funktion eines Kriteriums der Qualität der Regenerierung berechnet,
ob die Restbeladung mit brennbaren Partikeln Null ist oder nicht.
Diese Kontrolle der Qualität
der Regenerierung wird ermöglicht durch
die Kontrolle der Auslösung
und des Ablaufs der Regenerierung gemäss der folgenden Beschreibung.
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Ist die Restbeladung mit brennbaren
Partikeln Null, so folgt daraus, dass die Regenerierung vollständig durchgeführt worden
ist und dass gilt:
c_i + 1 ( zum Zeitpunkt der Beendigung der
Phase der Regenerierung i +1) = c1_i + 1.
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Der Grad der Beladung mit nicht brennbaren Partikeln
wird nunmehr gespeichert und verwendet zur Bestimmung der Beladung
mit brennbaren Partikeln während
der nachfolgenden Phase n°i
+ 1 und so weiter.
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Der Grad der Beladung am Ende der
Phase der Regenerierung wird bestimmt als der Grad des örtlichen
Minimums, das durch die dem Auslösen
der Phase der Regenerierung nachfolgende gemessene Beladung erreicht
wird.
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Das Kriterium der Qualität der Regenerierung
kann mehr oder minder verarbeitet werden. So ist es möglich, nach
jeder Regenerierung zu entscheiden, dass keine Restbeladung mit
brennbaren Partikeln mehr vorhanden ist und dass demzufolge jede
Regenerierung vollständig
durchgeführt
worden ist. Es kann aber auch festgelegt werden, dass keine Restbeladung
mit brennbaren Partikeln mehr vorhanden ist, wenn die Regenerierung
während
einer zeitlich begrenzten Dauer durchgeführt worden ist, die einen vorgegebenen
Schwellwert übersteigt
und /oder wenn die Temperatur des Filters einen vorgegebenen Schwellwert überschritten
hat. Diese vorgegebenen Werte können
konstante Werte sein oder von verschiedenen Parametern abhängen, wie
insbesondere dem Betriebszustand des Motors oder aber vom erreichten
Grad der Beladung beim Einsatz einer Anordnung zur Unterstützung der
Regenerierung.
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Sofern die Regenerierungen gemäss den herkömmlichen
Strategien des Einsatzes von Hilfsmitteln für die Unterstützung der Regenerierung
es nicht zulassen, dass regelmäßig vollständig durchgeführte Phasen
der Regenerierung erhalten werden, aus denen die Beladung mit nicht
brennbaren Partikeln bestimmt werden kann, kann vorgesehen werden,
dass gewollt vollständige
Strategien durchgeführt:
werden.
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Konnte der Grad der Beladung mit
nicht brennbaren Partikeln zum Beispiel nicht nach einer vorgegebenen
Zeitdauer oder nach einer vorgegebenen Anzahl von ( unvollständig durchgeführten )
Regenerierungen erhalten werden, wird in ausgewählter Weise die Dauer oder
die Intensität
des Einsatzes der Hilfsmittel für
die Unterstützung
der Regenerierung und/oder die Schwelle für das Auslösen der Regenerierung dergestalt
erhöht,
dass sicher gestellt ist, dess die nachfolgende Regenerierung vollständig durchgeführt wird.
Je größer die
Beladung mit brennbaren Partikeln ist, desto größer ist die Erfolgsaussicht,
dass die Regenerierung vollständig
durchgeführt
wird.
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Es kann auch erwogen werden, den
Grad der Beladung mit nicht brennbaren Partikeln zu ermitteln außerhalb
der gewollten Phasen der Regenerierurg des Filters, insbesondere
während
bestimmter Betriebszustände
des Motors, zum Beispiel bei Volllast, bei der die Temperatur der
Abgase derart hoch ist, dass die im Filter abgeschiedenen brennbaren Partikel
vollständig
verbrannt wrerden, woraus folgt, dass die gemessene Beladung ausschließlich diejenige
für die
nicht brennbaren Partikel ist.
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Der Grad der Beladung nicht nicht
brennbaren Partikeln wird ständig überwacht,
wobei, wenn dieser Grad einen Schwellwert überschreitet, eine Warnung
des Fahrers vorgesehen werden kann, damit dieser entsprechende Maßnahmen
ergreift. Je größer die
Beladung des Filters mit nicht brennbaren Partikeln ist, desto geringer
ist. das Speichervermögen
für Russteilchen, woraus
erhebliche Fehlbeurteilungen bei der Überwachung der Betriebsweise
des Partikelfilters resultieren können.
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Die zeitliche Verfolgung der Beladung
mit nicht brennbaren Partikeln kann ebenfalls so durchgeführt werden,
dass eventuell auftretende Fehlfunktionon des Systems der Überwachung
und Steuerung der Betriebsweise des Filters und insbesondere der
Zugabe von Hilfsmitteln für
die Unterstützung
der Regenerierung korrigiert werden. Eine unnatürlich große Zunahme der Abscheidungen
an nicht brennbaren Partikeln kann nämlich ein Anzeichen dafür sein,
dass das System zur Zugabe von Additiven zum Kraftstoff nicht richtig
eingestellt ist.
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Es sei betont, dass die Erfindung
nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist,
das nur der Erläuterung
dient.
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Im Gegenteil, die Erfindung umfasst
alle technischen Äquivalente
der beschriebenen Mittel sowie deren Kombinationen, sofern sie in
den Schutzbereich der Erfindung fallen.
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So kann der Grad der Beladung mit
nicht brennbaren Partikeln auch direkt aus dem Verbrauch an zugegebenen
Additiven für
die Regenerierung an Stelle der Messung der Beladung am Ende der
Regenerierung abgeleitet werden, und zwar in dem Maß, in dem
die Additive für
die Regenerierung die Ursache sind für die Beladung des Filters
mit nicht brennbaren Partikeln.
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Bei dieser Variante des Ausführungsbeispiels
genügt
es, den gesamten Verbrauch an Additiven zu kennen um die Menge an
nicht brennbaren Partikeln im Filter zu bestimmen.
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Da die Konzentration an Additiven
im Kraftstoff vorgegeben ist, ist es auch möglich, zur Bestimmung der Menge
an nicht brennbaren Partikeln im Filter an Stelle des Verbrauchs
an Additiven den Kraftstoffverbrauch heranzuziehen.
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Der Rechner 3 kann auch
das Drehmoment des Motors korrigieren als Funktion der Beladung
des Filters mit Partikeln und zwar dergestalt, dass der Motor immer
die gleiche Leistung zur Verfügung stellt,
unabhängig
vom Grad der Beladung des Filters.
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Diese Korrektur wird in vorteilhafter
Weise in die Strategien der Kontrolle der Menge an eingespritztem
Kraftstoff und/oder des zeitlichen Ablaufs dieser in die Zylinder
eingespritzten Menge integriert.
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In herkömmlicher Weise wird die Menge
an einzuspritzendem Kraftstoff (Qinj) bestimmt ausgehend von abgelegten
Kurven (f), der Anforderung des Fahrers, das heißt der Stellung des Gaspedals,
sowie den Betriebszuständen
des Motors ( Luftmenge, Drehzahl, Temperatur ...). Damit ergibt
sich:
Qinj = f( Anforderung des Fahrers, Betriebszustände des
Motors ).
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Gemäss der Erfindung wird die in
herkömmlicher
Weise ermittelte Menge an einzuspritzendem Kraftstoff um einen Korrekturwert
corr erhöht,
der dazu dient, den Verlust an Drehmoment auf Grund des Partikelfilters
zu kompensieren:
Qinj = f( Anforderung des Fahrers, Betriebszustände des
Motors ) + corr( Verminderung des Drehmoments auf Grund des Filters
).
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Dieser Korrekturwert corr ist im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Additionswert, kann jedoch auch als Multiplikator eingesetzt
werden.
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Der Korrekturwert, der zur Kompensation
der Verminderung des Drehmoments dient, kann zum Beispiel in Form
von Kurven abgelegt werden als Funktion der Verminderung der Last
an den Anaschlüssen
des Filters und des zugehörigen
Betriebspunktes.
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Die Verminderung des Drehmoments
auf Grund des Filters kann nämlich
in erster Näherung abgeleitet
werden aus der Arbeit die aufzubringen ist, damit die Abgase den
Filter durchsetzen. Diese Arbeit kann im Schätzweg ermittelt werden aus
dem Produkt der Menge der Gase und der Verminderung der Last an
den Anschlüssen
des Filters: Arbeit = ΔP × Dech mit. ΔP : Differenz
zwischen dem stromaufwärtigen und
dem stromabwärtigen
an den Anschlüssen
des Filters gemessenem Druck;
Dech : Menge der Abgase.
Dech
kann aus der folgenden Formel erhalten werden:
Dech = (Dair
+ DKraftstoff) * R * Tech/Pech mit:
Dair = Durchsatz an Einlassluft
DKraftstoff:
Durchsatz an Kraftstoff
R: Massenkonstante der Abgase
Tech:
Temperatur der Abgase stromaufwärts
des Filters
Pech: Druck der Abgase stromaufwärts des
Filters.
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Es kann auch der Volumendurchsatz
der Abgase geteilt durch die Drehzahl des Motors verwendet werden.
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Damit wird ein Korrekturwert erhalten,
der kartographisch als Funktion von ΔP, den Massendurchsätzen und
der Drehzahl abgelegt werden kann oder als Funktion von ΔP, den Massendurchsätzen, der
Temperatur und des Drucks der Abgase stromaufwärts des Filters.
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Da die Beladung des Filters von ΔP und der Menge
an Gasen abgeleitet wird kann der Korrekturwert nicht als Funktion
von ΔP,
sondern nur als Funktion der Beladung ausgedrückt werden.
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Es ist klar, dass die Erfindung nicht
auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist,
das nur der Erläuterung
dient.
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Im Gegenteil, die Erfindung umfasst
alle technischen Äquivalente
der beschriebenen Mittel sowie deren Kombinationen, sofern sie in
den Schutzbereich fallen, der durch die beigefügten Ansprüche bestimmt ist.
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So kann die zur Kompensation der
Verminderung des Drehmomentes dienende Korrektur auch zur Beeinflussung
des zeitlichen Ablaufs der Einspritzung des Kraftstoffs und/oder
des Drucks der Aufladung im Fall eines Turbomtors verwendet werden und/oder
für den
Anteil der Abgasrückführung in
dem Fall, in dem der Motor mit einer Anlage zur Abgasrückführung versehen
ist ( EGR-Kreis ), das heißt
für jeden
Parameter, der sich auf das Drehmoment des Motors auswirkt.