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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Entschmutzung der Verbrennungsmotoren,
die einem Partikelfilter zugeordnet sind.
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Sie
findet eine bevorzugte, aber nicht ausschließliche Anwendung bei der Entschmutzung
von Dieselmotoren.
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Genauer
gesagt betrifft diese Erfindung ein Verfahren zum direkten Zusetzen
eines Additivs zum Kraftstoff, der von einem Verbrennungsmotor verbraucht
wird, welcher einer mit einem Partikelfilter versehenen Abgasleitung
zugeordnet ist, das darauf beruht, den Füllstand des Kraftstoffs in
dessen Tank zu verfolgen und eine Pumpe anzutreiben, die ein Additiv
in den Kraftstofftank einspritzt.
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Der
Partikelfilter erlaubt es, die Partikel am Ausgang des Motors zu
sammeln. Er muss periodisch regeneriert werden, indem der in diesem
angesammelte Ruß verbrannt
wird. Die Verbrennungstemperatur des im Partikelfilter angesammelten
Rußes,
in der Größenordnung
von 550° C
ohne besondere Vorkehrungen, kann bei bestimmten Dieselmotoren schwer
zu erreichen sein.
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Im Übrigen muss
der Partikelfilter nach einer bestimmten Anzahl von Regenerationen
gereinigt werden, um die Verbrennungsrückstände zu entfernen, die sich
bei jeder Regeneration angesammelt haben.
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Um
die Verbrennungstemperatur des Rußes bis auf einen Wert zu erniedrigen,
der in den Abgasen eines Dieselmotors leicht erreicht werden kann, ist
es bekannt, dem Kraftstoff ein Additiv hinzuzufügen.
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Das
Zusetzen eines Additivs zum Kraftstoff kann durch Zerstäubung des
Additivs in den Abgasen stromaufwärts des Partikelfilters erfolgen,
jedoch erlaubt dieses erste Verfahren keine ausreichende Einbindung
des Additivs in die Rußpartikel
und verringert dementsprechend dessen Effizienz.
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Man
kann das Additiv auch in die Frischluft einführen, die in den Motor eingelassen
wird, jedoch stößt dieses
zweite Verfahren auf Schwierigkeiten bei der Dosierung, die für dessen
Umsetzung sehr einschränkend
sind.
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Eine
andere bekannte Technik der Additivzusetzung besteht darin, die
Rückkehrleitung
der Einspritzer zu verwenden, unter dem Vorbehalt, dass der Rückkehrdurchsatz
ausreicht, um das Additiv mitzunehmen. Dieses Verfahren stellt das
Mischen des Additivs mit dem Kraftstoff sicher. Jedoch ist es schwer
zu gewährleisten,
dass die mit dem Rückkehrdurchsatz
verbundene Bedingung ständig
erfüllt ist.
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Die
Erfahrung hat also dazu geführt,
das direkte Zusetzen des Additivs zum Kraftstoff zu bevorzugen,
wobei dieses letztere Verfahren es erlaubt, unter den besten Bedingungen
die Dosiergenauigkeit und die Effizienz zu erreichen, die für die Regeneration
des Partikelfilters erforderlich sind.
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Das
direkte Zusetzen des Additivs zum Kraftstoff kann z.B. ausgelöst werden,
wenn man das Auffüllen
des Kraftstofftanks erfasst.
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Gemäß einer
bekannten Lösung
wird diese Erfassung durch einen Sensor der Öffnung der Tankklappe übernommen.
Jedoch schlägt
dieses Erfassungsverfahren, welches auf einem gesonderten Sensor
beruht, im Falle eines Versagens des letzteren oder wenn die Ursprungsklappe
durch den Kundendienst durch eine neue Klappe ersetzt wird, die keinen
Sensor aufweist, fehl.
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Im Übrigen erfordert
die Regeneration des Partikelfilters aus den folgenden Gründen eine
sehr genaue Dosierung des Additivs im Kraftstoff. Da das Additiv
dazu dient, die Temperaturschwelle zu erniedrigen, die erforderlich
ist, um den im Partikelfilter angesammelten Ruß zu verbrennen, wird ein Additivmangel
im Kraftstoff es dem Dieselmotor nicht erlauben, die Abgase auf
die Regenerationstemperatur zu bringen. Umgekehrt erhöht ein Additivüberschuss
die Masse an in dem Filter bei jeder Regeneration angesammelten
Verbrennungsrückständen, und
es wird dadurch erforderlich, diesen früher zu „reinigen".
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In
der Praxis können
das selbst zeitweise Fehlschlagen der Strategie zum Auslösen der
Additivzusetzung sowie Abstände
beim Dosieren des Additivs nicht toleriert werden, da diese Faktoren
schädliche
Auswirkungen auf die Regeneration des Partikelfilters haben.
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Um
jegliches Risiko dieser Art zu unterbinden, schlägt die Erfindung vor, dass
das Auslösen der
Additivzusetzung und das Dosieren des Additivs gesteuert werden,
um so zum gewollten Zeitpunkt und mit der erforderlichen Genauigkeit
die optimale Additivkonzentration im Kraftstoff zu erhalten, ohne jedoch
auf einen gesonderten Sensor der Klappenöffnung zurückzugreifen.
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Mit
diesem Ziel schlägt
sie vor, dass die Pumpe angetrieben wird, wenn durch Vergleich eines alten,
im Speicher gehaltenen Füllstandes
mit einem neuen, beim Verlassen des Leerlaufs ermittelten Kraftstofffüllstand
ein signifikatives Auffüllen
des Kraftstoffs erfasst wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird der alte Kraftstofffüllstand wieder aktualisiert,
wenn der Leerlauf während
einer festgelegten Zeit beibehalten wird, und beim Ausschalten des
Motors gespeichert.
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Vorzugsweise
wird der alte Kraftstofffüllstand nach
dem Ausschalten des Motors in einem Permanentspeicher gespeichert.
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Die
Erfindung wird beim Lesen der folgenden Beschreibung einer besonderen
Ausführungsform derselben
besser verstanden werden, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen,
in welchen:
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1 ein
Schema der verwendeten Vorrichtung ist und
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2 ein
funktionelles Diagramm der Hauptschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist.
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In
der 1, die in keiner Weise beschränkend ist, ist schematisch
der Kraftstofftank 1 eines Fahrzeugs dargestellt, der mit
einem Kraftstofffüllstandmesser 2 versehen
ist. Der Additivtank 3, der unter dem Kraftstofftank 2 angeordnet
ist, umfasst eine Mikrodosierpumpe 4, einen Deckel 5 und
einen Thermistor 6, dessen Aufgabe es ist, einen Tiefstand des
Additivs zu erfassen. Der Motorsteuerrechner 7, der die
Additivzusetzung steuert, ist elektrisch mit dem Thermistor 6 verbunden,
von welchem er eine Information bezüglich des Additivfüllstandes
erhält, und
mit der Pumpe 4, deren Betrieb er steuert. Er holt sich,
beispielsweise in gemultiplexter Weise, die Information bezüglich des
Kraftstofffüllstands
anhand der Armaturentafel 8, die selber wiederum diese
Information von dem Kraftstofffüllstandmesser 2 hat.
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Das
Additiv wird vom Additivtank 3 in den Kraftstofftank 1 über eine
Einspritzplatine 9 eingespritzt, die beispielsweise an
dessen oberen Teil montiert ist. Das System umfasst ebenfalls ein
System 11 (Ventil und Schlauch) zur Verbindung des Additivtanks 3 mit
der freien Luft, und eine Druck- und Unterdruckklappe 12.
Schließlich
sind in dem Schema Mittel zur Befestigung des Additivtanks 3 unter dem
Kraftstofftank 1 dargestellt, wie beispielsweise eine Bande
und ein Befestigungskopf 14, 16.
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Abgesehen
vom von der Armaturentafel 8 geholten Kraftstofffüllstand
und dem durch den Thermistor 6 angegebenen Zustand des
Additivtanks erhält
der Rechner 7 die folgenden Informationen:
- – die
Motordrehzahl N,
- – die
Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs Vveh,
- – den
durch die Einspritzer erfassten Kraftstoffverbrauch (conso inj),
- – die
Zustandsinformation über
einen Leerlauf oder eine Abschaltung des Motors (Motorzustand) und
- – die
Diagnose des Messelements 2 über die Armaturentafel 8 (diag).
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Am
Ausgang gibt der Rechner 7 einen Befehl der Steuerung der
Mikrodosierpumpe 4 ab, welcher die Einspritzung des Additivs
in den Treibstoff sicherstellt.
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Im Übrigen nutzt
das erfindungsgemäße Verfahren
die folgenden Parameter, die im Rechner im Speicher gehalten werden:
- – der
letzte gemittelte Kraftstofffüllstand
vor der Motorabschaltung,
- – das
seit der letzten Additivauffüllung
verwendete Gesamtvolumen an Additiv, das durch Integrierung in der
Zeit der Anzahl an Pumpstößen erhalten
wird, bei Kenntnis des Volumens des Zylinders der Pumpe,
- – der
Gesamtverbrauch an Kraftstoff, wie er von den Einspritzern seit
der letzten Additivzusetzung erfasst wird,
- – die
verbleibende Menge an zuzusetzendem Additiv, wenn der Motor während der
Zusetzung abgeschaltet wird,
- – das
Gesamtvolumen an Additiv, welches seit der letzten Reinigung des
Partikelfilters verwendet wurde, und
- – eine
Information, die angibt, ob eine Kraftstoffauffüllung erfasst wurde.
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In
der 2 ist als Schritt 1 das Anlassen des
Fahrzeugs erwähnt,
was folglich als Anfangsschritt betrachtet wird, obwohl die vorgeschlagene Strategie
dafür vorge sehen
ist, alle Kraftstoffauffüllungen
zu erfassen, d.h. sowohl diejenigen, die bei im Leerlauf befindlichem
Motor durchgeführt
werden, als auch diejenigen, die bei abgeschaltetem Motor durchgeführt werden.
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Wie
oben angegeben, beruht diese Strategie auf der fortwährenden
Verfolgung des Kraftstofffüllstands
im Tank 1 während
des Motorbetriebs und dem Anwerfen der Pumpe 4, wenn die
hinzugefügte Kraftstoffmenge
eine bestimmte Auffüllschwelle übersteigt,
beispielsweise fünf
Liter.
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Diese Übersteigung
wird durch Vergleich (siehe Schritt 4) eines neuen Kraftstoff
füllstandes, der
beim Schritt 3 zum Zeitpunkt des letzten Verlassens des
Leerlaufs (siehe Schritt 2) erfasst wird, mit einem alten,
vorab gespeicherten Kraftstofffüllstand erfasst.
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Die
Erfassung des neuen Kraftstofffüllstands (siehe
Schritt 3) wird systematisch bei jedem Verlassen des Leerlaufs
durchgeführt,
nach einem Anlassen oder auch nicht, um so die bei abgeschaltetem Motor
durchgeführten
Auffüllungen
zu erfassen und solche, die möglicherweise
ohne Abschaltung durchgeführt
wurden, d.h. bei im Leerlauf befindlichem Motor.
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Der
alte Kraftstofffüllstand
ist ein gemittelter Wert, der direkt nach dem Übergang in den Leerlauf oder
dem Abschalten (siehe Schritt 5) berechnet und abgespeichert
wird (siehe Schritt 6), wobei der einzige Unterschied darin
besteht, dass, wenn das Auffüllen
bei abgeschaltetem Motor durchgeführt wird, der alte berücksichtigte
Füllstand
ein Wert ist, der während
der Abschaltung des Motors gespeichert wurde. Dieser Wert wird nur
im Falle des Wiederanlassens des Motors als Wert des alten Kraftstofffüllstandes geladen.
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Wenn
die Auffüllschwelle
beim Schritt 4 erfasst wurde, steuert der Rechner 7 die
Pumpe 3 während
der Zeit, die zum Erhalten der erwünschten Additivkonzentration
im Kraftstoff erforderlich ist (siehe Schritt 7).
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Schließlich wird
die Strategie beim Abschalten unterbrochen, was das Abspeichern
in einem Permanentspeicher des letzten berechneten gemittelten Wertes
als alten Wert verursacht (Schritt 8).
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Gemäß der Erfindung
wird der alte, im Permanentspeicher gehaltene Füllstand genutzt, um ein bei
abgeschaltetem Motor durchgeführtes
Auffüllen zu
erfassen, was folglich von einem Wiederanlassen gefolgt wird, wohingegen
derselbe Wert verworfen und der letzte berechnete gemittelte Wert
vorgezogen wird, wenn der Leerlauf nicht im Anschluss an eine Abschaltung
verlassen wird, um so die bei laufendem Motor durchgeführten Auffüllungen
zu erfassen.
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Die
Dauer der Additivzusetzung kann beispielsweise anhand des hinzuzufügenden Additivvolumens
v zur Erzielung der gewünschten
Konzentration, des Zylindervolumens der Pumpe X und deren Betätigungsfrequenz
f auf die folgende Weise bestimmt werden.
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Gemäß einer
bekannten Formel ist v = 0,0036 × 0,84 × Y × d, wobei 0,84 die Dichte
des Kraftstoffs darstellt, Y die erwünschte Additivkonzentration
und d das Volumen an hinzugefügtem
Kraftstoff. Bei Kenntnis von X, f, Y und d kann man die für die Additivzusetzung
erforderliche Zeit ableiten: t = v/X/f.
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Um
den Additivtiefstand zu erfassen, schlägt die Erfindung vor, in nichtbeschränkender
Weise zwei verschiedene Mittel zu verwenden, parallel oder auch
nicht. Das erste Mittel ist das zeitliche Verfolgen der elektrischen
Spannung, die durch den Minimalstandsensor (Thermistor 6)
ausgegeben wird, deren Veränderung
die Entwicklung der Wärmeaustausche widerspiegelt,
die mit dessen Auftauchen aus dem Additiv verbunden sind.
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Das
zweite Mittel besteht darin, durch Integrierung die Anzahl an von
der Pumpe 4 abgegebenen Stößen zu berechnen, diese Zahl
mit deren Zylindervolumen zu multiplizieren, um so das Gesamtvolumen
an verwendetem Additiv zu bestimmen, daraus durch Differenzbildung
mit dem Gesamtvolumen des Tanks 3 das in diesem verbleibende
Volumen abzuleiten und dieses Ergebnis mit einer Schwelle zu vergleichen.
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Um
die Additivzusetzung auf der Grundlage einer Information bezüglich des
genauen Kraftstoffverbrauchs zu steuern, selbst im Falle eines Blockierens
der Pumpe oder wenn bestimmte Kraftstoffauffüllungen nicht erfasst wurden,
schlägt
die Erfindung die folgenden Rettungsmaßnahmen vor. Da man fortwährend den
durch die Einspritzer erfassten Wert des Kraftstoffverbrauchs kennt,
kann man das Kraftstoffvolumen durch Integrierung dieses Wertes
abschätzen.
Sobald das berechnete Volumen das maximale Fassungsvermögen des
Kraftstofftanks übersteigt,
zuzüglich
einer Sicherheitsschwelle, obwohl keine Auffüllung erfasst wurde und folglich
keine Additivzusetzung stattgefunden hat, löst der Rechner die fehlende
Additivzusetzung aus, indem er als Grundlage für die Berechnung des eingespritzten
Additivvolumens das Fassungsvermögen
des Kraftstofftanks mit Zuschlag nimmt. Diese Rettungsstrategie erlaubt
es auch, eine „pauschale" Additivzusetzung vorzuschreiben,
wenn der Messer 2 blockiert ist.
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Wie
oben angegeben, nutzt die Erfindung beim Wiederanlassen bestimmte
Parameter, deren letzter Wert nach dem Abschalten des Motors im
Permanentspeicher des Rechners gehalten wurde.
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Es
handelt sich um den letzten Kraftstofffüllstand, der vor dem Ablauf
der für
das Abspeichern der Informationen im Rechner („Powerlatch") nach dem Abschalten
des Motors erforderlichen Zeitspanne berechnet wurde, wobei dieser
alte Füllstand
im Schritt 1 der 2 wieder
in die Befehlsschleife eingeführt
wird.
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Das
Gesamtvolumen an seit dem letzten vollständigen Auffüllen des Additivtanks verwendetem
Additiv, das beispielsweise gemäß dem oben
angegebenen Verfahren berechnet wird und beim vollständigen Auffüllen des
Additivtanks wieder auf null gesetzt wird, kann ebenfalls im Speicher
gehalten werden, um das Auffüllen
des Additivtanks und den in diesem verbleibenden Füllstand
vorsehen zu können.
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Die
verbleibende Menge an einzuspritzendem Additiv, wenn der Vorgang
vor dessen Beendigung durch Abschalten des Motors unterbrochen wird,
wird ebenso gehalten, um die Additivzusetzung beim nächsten Anlassen
abschließen
zu können.
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Es
ist ebenso interessant, den Wert des Gesamtvolumens an verbrauchtem
Additiv, der beim Reinigen des Partikelfilters reinitialisiert wird,
im Speicher zu halten, da er es erlaubt, die Menge an seit der letzten
Reinigung im Filter angesammelten Rückständen zu bestimmen.
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Schließlich ist
es sehr vorteilhaft, den Zustand eines Schalters mit zwei Stellungen
zu speichern, der z.B. in seinem „Zustand 1" aktiviert ist, wenn ein Auffüllen des
Kraftstoffs erfasst wird, da diese Information es ermöglicht,
die Variable bezüglich des
Gesamtverbrauchs an Kraftstoff, wie er durch die Einspritzer erfasst
wird (ein Wert, der ebenfalls im Speicher gehalten wird), wieder
auf null zu setzen.