-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 auf ein Verfahren zur Regenerierung eines Partikelfilters, der
in einem Abgaskanal angebracht und an einem Verbrennungsmotor befestigt
ist, sowie auf ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 6.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
Bei
dem Verbrennungsvorgang in Dieselmotoren werden außer Wasserdampf,
Stickstoffoxiden und Kohlendioxid auch Rußpartikel gebildet. Um den Ausstoß von Rußpartikeln
zu verringern, kann in dem Abgaskanal ein Partikelabscheider angeordnet
sein. Dabei werden die Rußpartikel
in dem Partikelabscheider abgefangen, wodurch die Abgase gereinigt werden.
Beispielsweise wird in der
EP
341 832 ein System beschrieben, das einen Filter enthält, in dem die
Rußpartikel
abgefangen werden. Die Rußpartikel werden
dann in einer Umgebung von Stickstoffdioxiden verascht. Das Stickstoffdioxid
wird aus dem in den Abgasen vorhandenen Stickstoffmonoxid in einem
Oxidationskatalysator gebildet, der stromaufwärts von dem Filter angeordnet
ist. Ein Problem bei dem in der
EP
341 832 beschriebenen System ist, dass die Leistungsfähigkeit
zur Umwandlung von Rußpartikeln
in Kohlendioxid unter Arbeitsbedingungen bei niedrigen Abgastemperaturen
gering ist, was bedeutet, dass die Regenerierung des Partikelfilters zu
viel Zeit beansprucht oder dort, wo sie angewendet werden kann,
nicht ausreicht, was dazu führt, dass
der Filter fortschreitend verstopft wird, was in der Folge zu einem
Druckabfall führt.
Dies heißt
wiederum, dass der Filter oft gewartet werden muss.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Ein
Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Regenerierung
eines Partikelfilters mit einem hohen Maß an Umwandlung zur Verfügung zu stellen.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 erreicht.
-
Gemäß dem vorgeschlagenen
Verfahren liefert eine Einspritzeinheit, die an dem Verbrennungsmotor
angeordnet ist, Kraftstoff an ein in dem Verbrennungsmotor angeordneten
Abgassystem, und zwar an einem zeitlichen Betriebspunkt, an dem
der Verbrennungsmotor in einem Betriebsmodus arbeitet, der einer
Motorbremsung entspricht, wobei die Temperatur der genannten Gasmischung
in dem Abgaskanal steigt. Eine Katalysatoreinheit, die in dem Abgaskanal
in thermischer Verbindung mit dem Partikelfilter angeordnet ist,
wird dem zugeführten
Kraftstoff ausgesetzt, der oxidiert wird mit dem Ergebnis, das der
Rußpartikelfilter
auf eine solche Temperatur erhitzt wird, dass die Rußpartikel
durch Reaktion mit dem Sauerstoff, der in den Abgasen vorhanden
ist, in Kohlendioxid umgewandelt werden. Die Einspritzeinheit kann
aus einer getrennten Einheit bestehen, die eine in dem Abgaskanal
angeordnete Düse
aufweist oder aus dem vorhandenen Einspritzsystem des Verbrennungsmotors.
-
Die
Erfindung nutzt die Tatsache, dass die Temperatur der Abgase beim
Abbremsen des Motors höher
ist als während
des normalen Betriebes. Es kann zum Beispiel festgestellt werden,
dass die Abgastemperatur stromabwärts von einer Abgastemperatur
und bei geringer Last ungefähr
200° C beträgt, bei
einer mittleren Last ungefähr
300° C und
bei einer hohen Last 400° C.
Die Temperatur stromabwärts von
der Turbine kann während
der Abbremsung des Motors in diesen Fällen bis zu ungefähr 500° C betragen,
was davon abhängt,
mit welcher Auswirkung sie beim Abbremsen des Motors absorbiert
wird. Damit bei der Oxidation von Kohlenstoffpartikeln eine Umsetzung
von C + O2 → CO2 stattfindet,
ist indessen eine Umgebungstemperatur von ungefähr 600° C erforderlich. Diese Temperatur
wird mittels einer Injektion von Kraftstoff in eine oder mehrere
Verbrennungskammern erreicht, wobei der Kraftstoff durch die Verbrennungskammer
hindurch und in einem nicht benutzten Zustand in den Abgaskanal
strömt. Alternativ
kann der Kraftstoff durch eine separat angeordnete Einspritzeinheit
direkt in das Abgassystem eingespritzt werden. Der Kraftstoff wird
dann durch den Kontakt mit dem Oxidationskatalysator oxidiert, der
stromaufwärts
von dem Filter angeordnet ist, wodurch die Reaktionsenergie, die
sich entwickelt hat, den Filter bis auf eine Entzündungstemperatur
für die Oxidation
der Kohlenstoffpartikel bei der Umsetzung von C + O2 → CO2 aufheizt.
-
EP 1174612 bezieht sich
auf ein Nachbehandlungssystem für
die Abgase eines Motors, bei dem während der Abbremsung des Motors
und während
einer Regenerierungsphase überschüssiger Kraftstoff
zu dem Abgaskanal geführt
wird, um eine übermäßige Abkühlung des Systems
zu vermeiden, um so einen Partikelfilter zu reinigen. In
EP 1174612 erzeugt das Abbremsen
des Motors Abgase mit einer niedrigen Temperatur und vermeidet so,
das eine Regenerierung stattfindet.
-
Als
Motorbremsung können
alle Systeme eingesetzt werden, bei denen der Verbrennungsmotor
eine Kompression auf eine Gasmischung ausübt, die durch den Abgaskanal
strömt
ohne eine entsprechende Expansionsarbeit, die von der eingesetzten Gasmischung
ausgegangen ist. Beispiele derartiger Systeme werden in
SE 466 320 ,
SE 470 363 ,
SE 502 614 ,
SE 502 914 und
SE 512 484 beschrieben.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Kraftstoff durch Düsen
zugeführt,
die an den Verbrennungskammern des Verbrennungsmotors angeordnet
sind. In diesem Fall wird, wie oben festgestellt wurde, der Kraftstoff
dann zugeführt,
wenn eine Steuereinheit von einem Betriebsmodus ausgeht, bei dem die
Abbremsung des Motors aktiviert wurde und in einem derartigen Zustand,
bei dem der Brennstoff die Möglichkeit
hat durch die Verbrennungskammer in den Abgaskanal zu gelangen und
zwar in einem unverbrauchten oder nur teilweise verbrauchten Zustand.
Dies wird dadurch erreicht, dass der Kraftstoff in einer verzögerten Stellung
des Kurbelwinkels bezogen auf eine normale Einspritzung, d.h. während des
Expansionshubes oder später
zugeführt
wird. Diese verzögerte
Kurbelwinkelstellung entspricht 90° nach dem oberen Totpunkt, wenn
ein Abgasdruckregler eingesetzt wird und 30° nach dem oberen Totpunkt, wenn
eine Abgasbremse eingesetzt wird, wie sie in
SE 466 320 beschrieben wird.
-
Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrzeug, in dem dieses Verfahren
eingesetzt wird.
-
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Die
Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
detaillierter beschrieben.
-
In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das einen Motor aufweist,
der mit einem Partikelfilter ausgerüstet ist, der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
regeneriert wird;
-
2 eine
schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, der mit einem
Partikelfilter und einer Vorrichtung zur Ausführung einer Motorbremsung ausgerüstet ist;
-
3 eine
schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, der mit einem
Partikelfilter und einer Einrichtung zur Ausführung einer Motorbremsung ausgerüstet ist
und einen Regler für
den Druck des Abgases zur variablen Einstellung des Motorbremseffekts
aufweist;
-
4 eine
schematische Darstellung eines in einem Zylinder angeordneten Kolbens
und eines einstellbaren Abgasventils zur Ausführung einer Motorbremsung;
-
5 eine
schematische Darstellung der Volumenströmung der Menge an eingespritztem Kraftstoff
während
des normalen Arbeitens und während
der Motorbremsung bei der Regenerierung;
-
6 eine
Darstellung in Form einer Matrix zur Bestimmung der Kraftstoffmenge,
die während des
normalen Arbeitens eingespritzt wird;
-
6a eine
Darstellung in Form einer Matrix zur Bestimmung der eingespritzten
Kraftstoffmenge und der Stellung des Kurbelwinkels zur Einspritzung während der
Motorbremsung zur Regenerierung des Partikelfilters;
-
7 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zur Regenerierung eines
Partikelfilters, bei dem bei der Motorbremsung der Kraftstoff spät eingespritzt
wird;
-
8 eine
schematische Darstellung eines Steuerungsalgorithmus zur Regenerierung
eines Partikelfilters; und
-
9 eine
schematische Darstellung des Umwandlungsgrades von Stickstoffoxid
zu Stickstoffdioxid als Funktion der Temperatur und somit des Wirkungsgrades
der Umwandlung von Rußpartikeln in
der Stickstoffdioxidumgebung als Funktion der Abgastemperatur.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
1 zeigt
ein Fahrzeug 1, das mit einem Verbrennungsmotor 2 ausgerüstet ist
und mit einem an dem Verbrennungsmotor 2 befestigten Getriebe 3 ausgerüstet ist.
Das Getriebe 3 weist eine nach außen gehende Antriebswelle 4 auf,
die über
eine Gelenkwelle 5 wenigstens ein Paar von Antriebsrädern 6 antreibt.
Das Fahrzeug 1 ist in üblicher
Weise um einen Rahmen 7 aufgebaut, der von den genannten Antriebsräder 6 und
vorzugsweise von einem Satz lenkbarer Räder 8 getragen wird.
Das Fahrzeug weist vorzugsweise eine Kabine 9 auf.
-
Der
Verbrennungsmotor 2 ist in üblicher Weise mit einem Abgassystem 10 ausgerüstet, das
eine an den Auslässen
des Verbrennungsmotors befestigte Abgasrohrverzweigung 10 aufweist.
In dem Abgassystem 10 ist vorzugsweise eine Turbine 12 angeordnet,
die vorzugsweise in einem Turboaggregat enthalten ist und somit
mechanisch an einem Kompressor befestigt ist, der auf der Einlassseite
des Verbrennungsmotors angeordnet ist (nicht dargestellt) oder alternativ
in einem Gesamtsystem mechanisch zu der Antriebswelle des Verbrennungsmotors
zurückgeführt ist.
-
Der
Verbrennungsmotor besteht aus einem Dieselmotor was bedeutet, dass
während
des Verbrennungsprozesses Rußpartikel
gebildet werden. Das Abgassystem ist deswegen mit einem Partikelfilter 13 ausgerüstet, der
in dem Abgassystem 10 angeordnet ist. In thermischer Verbindung
mit dem Partikelfilter ist ein Oxidationskatalysator 14 angeordnet. Die
thermische Verbindung bedeutet, dass die in dem Oxidationskatalysator
stattfindende Reaktion in der Lage ist, den Partikelfilter aufzuheizen.
Zu diesem Zweck ist der Oxidationskatalysator gewöhnlich stromaufwärts und
in enger Nachbarschaft zu dem Partikelfilter angeordnet; es ist
aber auch möglich, den
Partikelfilter und den Oxidationskatalysator auf einer gemeinsamen
Tragkonstruktion zu vereinigen, wo das Katalysatormaterial auf dem
Filterkörper
verteilt wird.
-
Der
Oxidationskatalysator und der Partikelfilter können vorzugsweise so geformt
sein, wie dies in
EP 341 832 oder
EP 835 684 beschrieben wird.
In dem Partikelfilter
13 werden Rußpartikel gefangen. In dem
Oxidationskatalysator findet eine kontinuierliche Überführung von
Stickstoffmonoxiden NO zu Stickstoffdioxiden NO
2 statt.
Eine kontinuierliche Oxidation der Rußpartikel findet dann in der
Stickstoffdioxidumgebung statt, wobei die Rußpartikel zu Kohlenstoffdioxid
während
irgendeines, einiger oder aller der Umsetzungen NO
2 +
C → NO
+ CO, NO
2 + C → ½N
2 + CO
2 oder 2NO
2 + C → 2NO + CO
2. Wegen des relativ geringen Gehalts an
NO
x und insbesondere an NO
2 sind
diese Prozesse indessen zu langsam, um den Filter bei niedrigen
Temperaturen und/oder bei geringer Motorbelastung zu regenerieren.
Sogar eine gestörte
Wirkungsweise der NO
2-Bildung, die zum Beispiel
durch eine Schwefelvergiftung gestört ist, kann zu einer behinderten
Rußverbrennung
führen.
-
2 zeigt
eine detailliertere Darstellung eines Verbrennungsmotors 2,
der erfindungsgemäß für die Regenerierung
eines Partikelfilters ausgestaltet ist. Der Verbrennungsmotor ist
in üblicher
Weise an einem Getriebe 3 befestigt. Der Verbrennungsmotor 2 weist
ein Einlassgehäuse 15 auf,
das sowohl mit den Einlässen
(nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors als auch mit dem Einlasskanal 16 verbunden ist.
Der Einlasskanal 16 weist vorzugsweise einen Kompressor 17 auf,
der vorzugsweise mit einer Turbine 12 verbunden ist, die
in einem Turboaggregat vorhanden ist. Dort, wo dies anwendbar ist,
kann ein Kühler 18 für aufgeladene
Luft in dem Einlasskanal angeordnet sein.
-
Der
Verbrennungsmotor 2 weist außerdem eine Abgaseinrichtung 10 auf,
die an den Auslässen (nicht
dargestellt) des Verbrennungsmotors befestigt sind. Die Abgaseinrichtung
enthält
eine Abgasrohrverzweigung 11 und stromabwärts von
der Verzweigung 11 eine Abgasturbine 12. Außerdem sind
ein Partikelfilter 13 und ein Oxidationskatalysator in
dem Abgaskanal 10 angeordnet. In dem gezeigten Beispiel
einer Ausführungsform
ist der Oxidationskatalysator 14 getrennt und stromaufwärts von
dem Partikelfilter 13 angeordnet. Bei einer alternativen
Ausführungsform
ist es möglich,
den Oxidationskatalysator und den Partikelfilter auf der gleichen
Tragkonstruktion anzuordnen.
-
In
dem Beispiel der gezeigten Ausführungsform
besteht der Verbrennungsmotor aus einem Sechszylindermotor mit gerader
Anordnung und enthält
sechs zylindrische Verbrennungs kammern 19a–19f.
Die Verbrennungskammern werden in üblicher Weise mit Brennstoff
beliefert. In dem Beispiel der gezeigten Ausführungsform wird von einer mechanisch
gesteuerten Kraftstoff-Einspritzung aus gemeinsamer Druckleitung
Gebrauch gemacht, bei der eine Kraftstoffleitung 20 mittels
einer Pumpe 21 unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zu
den Ventilen 21a–21f liefert,
die durch eine Steuereinheit 22 gesteuert und dabei geöffnet bzw.
geschlossen werden. Die Steuereinheit 22 weist die übliche Ausführung auf und
ist so ausgebildet, dass sie die Einspritzung einer bestimmten Kraftstoffmenge
bei einer bestimmten Stellung des Kurbelwinkels ausführt, zum
Beispiel durch Steuerung der Stellung des Kurbelwinkels, wenn die
entsprechenden Ventile 21a–21f geöffnet werden
und durch Steuerung der Einspritzzeit für jedes Ventil. Die Erfindung
kann bei Verbrennungsmotoren mit einer anderen Art von Kraftstoffzuführung angewandt
werden, zum Beispiel wenn einheitliche Injektoren eingesetzt werden.
-
Der
Verbrennungsmotor 2 weist auch Organe 23 auf,
die eine Motorbremswirkung ausüben.
Der Begriff „Motorbremswirkung" bedeutet, dass der
Verbrennungsmotor Kompressionsarbeit auf eine Gasmischung ausübt, die
während
des Kompressionshubes oder während
des Auspuffhubes durch den Abgaskanal strömt ohne eine entsprechende
Ausdehnungsarbeit zu leisten, die durch die Gasmischung während des
Expansionshubes oder des Einlasshubes ausgeübt worden ist.
-
Die
Motorbremswirkung kann auf beliebige Art erreicht werden, die dem
auf diesem Fachgebiet tätigen
durchschnittlichen Fachmann bekannt ist, zum Beispiel wie dies in
irgendeiner der
SE 466 320 ,
SE 470 363 ,
SE 502 614 ,
SE 502 914 und der
SE 512 484 beschrieben wurde. Die Erfindung
funktioniert am besten, wenn die Motorbremswirkung die Temperatur
des Abgases in dem Oxidationskatalysator auf mindestens 250° C erhöht, vorzugsweise
auf wenigstens 450° C.
Wenn in dem Abgaskanal eine Turbine angeordnet ist, dann sollte
die Abgastemperatur stromabwärts
von der Turbine bei der Einspritzung von Kraftstoff wenigstens bei
250° C,
vorzugsweise wenigstens bei 450° C
liegen.
-
Bei
einer alternativen Ausführungsform,
die in 2 durch die gestrichelten Linien angedeutet ist,
wird der Kraftstoff direkt in den Abgaskanal 10 eingeführt und
zwar über
eine separate Einspritzeinheit 21g, die an dem Abgaskanal
angebracht ist. Die Einspritzeinheit 21g weist eine Düse auf,
die in dem Abgaskanal endet.
-
3 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, bei der das in 2 beschriebene
Organ 23 zur Erzeugung einer Motorbremswirkung einen Regler
für den
Druck des Abgases aufweist. Die meisten Einzelheiten entsprechen
der Ausführungsform,
die in Verbindung mit 2 beschrieben wurde. Im Folgenden
werden deshalb nur nicht schon beschriebene Einzelheiten beschrieben.
-
Der
Verbrennungsmotor
2 weist eine schematisch dargestellt
Kompressionsbremseinrichtung
24 auf, die in dem genannten
Organ
23 zur Motorbremsung enthalten ist. Bei einer bestimmten
Ausführungsform
der Erfindung wird von einer Kompressionsbremseinrichtung
24 Gebrauch
gemacht, die von einer in dem Patentdokument
SE 466 320 beschriebenen Art ist, die
auch schon in Verbindung mit
4 beschrieben
wurde. Diese Kompressionsbremseinrichtung
24 ermöglicht es
den Zylindern des Motors während
des späteren
Teils des Einlasshubes und während
des späteren
Teils des Kompressionshubes mit der Abgasrohrverzweigung des Motors verbunden
zu werden, um so die Motorbremswirkung zu erhöhen.
-
Zusätzlich endet
der Auslass 25 der Abgasturbine 12 in einem Regler
für den
Abgasdruck, dem allgemein das Bezugszeichen 26 gegeben
wurde, der von bekannter Art sein kann und ein Drosselklappengehäuse 27 aufweist,
das eine Drosselklappe (nicht dargestellt) und eine pneumatische
Steuereinrichtung 28 enthält, die mit der Drosselklappe
verbunden ist, die über
ein Steuerventil 29 mit einer Quelle für Druckluft in Verbindung steht,
zum Beispiel mit einem Drucktank des Motorbremssystems. Mittels
dieser Steuereinrichtung kann die Drosselklappe zwischen einer vollständig geöffneten
und einer aktiven Stellung eingestellt werden, wo ein bestimmter
Druck des Abgases durch das Zusammenwirken der Drosselklappe mit
dem durchströmenden
Gas festgelegt ist.
-
Die
Steuereinheit 22, die vorzugsweise aus einem Mikroprozessor
besteht, liefert Ausgangssignale für das Anschalten bzw. Abschalten
der Kompressionsbremseinrichtung 24 und für die Einstellung der
Regelklappe 26 für
den Abgasdruck; sie hängt von
Motor- und Fahrzeugdaten ab, die in die Steuereinheit von Sensoren
eingegeben werden, die für sich
bekannt sind, zum Beispiel von einem Geschwindigkeitsmesser 30.
Wie in 2 gezeigt wurde, besteht die Eingabe in die Steuereinheit
aus Signalen, die den Ladedruck darstellen, ebenso die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Motors und die Umgebungstemperatur als Motordaten, sowie Sig nale,
die die ein-/ausgeschaltete ABS, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die
Stellung des Kupplungspedals, die Stellung des Gaspedals, die ein-/ausgeschaltete
Fahrtsteuerung und die Größe der Verzögerung als
Fahrzeugdaten wiedergeben.
-
Für die Beschreibung
der Funktion der einstellbaren Höhe
der Motorbremsung wird auf die
SE 502
614 Bezug genommen.
-
Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann der Regler für
den Abgasdruck durch eine Abgasturbine ersetzt werden, die eine
einstellbare Turbinengeometrie aufweist, um den Abgasgegendruck
zu steuern.
-
4 zeigt
schematisch eine Verbrennungskammer, die mit einer Kompressionsbremseinrichtung 24 versehen
ist. Die Figur zeigt schematisch einen Viertakt-Verbrennungsmotor
mit einer Kompressionsbremseinrichtung. Der Verbrennungsmotor weist
einen Motorblock 31 mit einem Zylinder 32 auf, in
dem ein Kolben 33 untergebracht ist, der über eine Kolbenstange 34 mit
einer Kurbelwelle 35 verbunden ist. Ein Gegengewicht 36 gleicht
in bekannter Weise die Kurbelwelle aus und verringert dabei die
in dem Motor vorhandenen Vibrationen. Oberhalb des Kolbens 33 befindet
sich in dem Zylinder eine Brennkammer 37, die mit einem
Zylinderkopf 38 abgeschlossen ist. In dem Zylinderkopf 38 befindet
sich ein Einlassventil 39, das die Verbindung zwischen der
Brennkammer 37 und einem Einlasskanal 16 reguliert,
der mit einer Einlassöffnung 40 in
Verbindung steht. In dem Zylinderkopf 38 ist außerdem ein
Abgasventil 41 untergebracht, das die Verbindung zwischen
der Brennkammer 37 und einem Abgassystem 10 steuert,
das mit einer Abgasöffnung 42 verbunden ist.
Für die
Steuerung des Abgasventils 41 und des Einlassventils sind
in diesem Ausführungsbeispiel Nockenwellen 43 bzw. 44 angeordnet.
Bei einer alternativen Ausführungsform
können
die Ventile direkt elektronisch gesteuert werden, zum Beispiel durch elektromagnetische
Stellglieder.
-
Um
die Motorbremswirkung zu erzielen, ist ein Drosselklappenorgan 45,
vorzugsweise in Form einer Drosselklappe in einem Drosselklappengehäuse 27 untergebracht.
Das Drosselklappenorgan oder der Choke 45 wird durch die
Steuereinheit 22 gesteuert, die auch für ein Einstellorgan 46 eingesetzt
wird, das dann, wenn es angesteuert wird, das Verhältnis des
Eingriffs zwischen der Nockenwelle 44 und dem Ventilmechanismus
für die
Steuerung des Abgasventils 41 ändert.
-
Außerdem ist
in 4 schematisch die Stellung des Kolbens 33 und
des oberen und unteren Totpunktes 47 und 48 dargestellt.
Der Kolben 33 ist, wie dies oben beschrieben wurde, über eine
Kolbenstange 34 mit einer Kurbelwelle 35 verbunden,
die in dem Verbrennungsmotor 2 angeordnet ist und ist somit zwischen
einem oberen und unteren Totpunkt einstellbar, wobei eine Rotationsbewegung
der Kurbelwelle 35 erzeugt wird.
-
Für eine detailliertere
Erklärung,
wie der Motorbremseffekt erzeugt wird, wird auf die
SE 466 320 verwiesen.
-
5 zeigt
schematisch die Volumenströmung
der Menge des eingespritzten Kraftstoffs bei normalen Arbeitsbedingungen
und während
der Motorbremsung während
der Regenerierung. Die Steuerung der Menge des eingespritzten Kraftstoffs
und die Winkelstellung der Kurbelwelle während der Einspritzung wird
durch die Steuereinheit in einer Weise gesteuert, die dem durchschnittlichen
Fachmann bekannt ist. Ein Beispiel für eine Steuereinheit für Fahrzeuge
ist in der SAE J1939/71, 1996 gezeigt. Das Diagramm zeigt die Volumenströmung als
Funktion der Stellung des Kurbelwellenwinkels, der mit dem oberen
und unteren Totpunkt des Kolbens als Referenzpunkte angezeigt ist.
Entlang der X-Achse sind die vier Hübe des Verbrennungsmotors gezeigt:
der Einlasshub zwischen 0° und
180°, der
Kompressionshub zwischen 180° und
360°, der
Expansionshub zwischen 360° und
540° und
der Auspuffhub zwischen 540° und
720°.
-
Kurve
A zeigt die Kraftstoffmenge, in während des Betriebes zugeführt wird,
wobei der Motor im normalen Betriebsmodus zur Lieferung eines Drehmoments
arbeitet. Der Kraftstoff wird dann in einem Übergang zwischen dem Kompressions-
und dem Expansionshub mit einer Dauer zwischen 3–30 Grad des Kurbelwellenwinkels
zugeführt.
-
Die
Kurven B1–B3 zeigen
die Kraftstoffmenge während
der Motorbremsung zur Regenerierung eines Partikelfilters, der stromabwärts von
einem Oxidationskatalysator in dem Abgaskanal angeordnet ist. Der
Kraftstoff wird vorzugsweise während
des Expansionshubes oder des Auspuffhubes in einem Intervall zwischen
30° und
90° nach
dem oberen Totpunkt zwischen dem Kompressionshub und dem Expansionshub
zugeführt.
Ein weiteres Intervall bei 0° –360° ist nach
dem oberen Totpunkt zwischen dem Kompressionshub und dem Expansionshub
möglich, das
ist während
des Expansionshubes und dem Auspuffhub.
-
Bei
den Ausführungsformen
B1 und B2 wird der
Kraftstoff zwischen 30° und
180° nach
dem oberen Totpunkt zwischen dem Kompressionshub und dem Expansionshub
zugeführt.
-
Bei
der Ausführungsform
B3 wird der Kraftstoff bei 270° nach den
oberen Totpunkt zugeführt.
-
6 zeigt
ein Beispiel einer als Matrix ausgebildeten Darstellung zur Bestimmung
der eingespritzten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Last und der
Umdrehungsgeschwindigkeit, wenn der Verbrennungsmotor im normalen
Betriebsmodus arbeitet. Die Kontrolleinheit 22 enthält einen
Memorybereich (nicht dargestellt), in dem eine Matrix in dieser
Form gespeichert ist.
-
6a zeigt
ein Beispiel einer als Matrix ausgebildeten Darstellung der eingespritzten
Kraftstoffmenge. Diese als Matrix ausgebildete Darstellung wird
verwendet, wenn der Verbrennungsmotor in die Motorbremsfunktion
eingetreten ist und die Regenerierung des Partikelfilters gerade
beginnt. Die Steuereinheit 22 enthält einen Speicherbereich (nicht dargestellt),
in dem eine Matrix dieser Form gespeichert ist. In einem ersten
Lastintervall wird kein Kraftstoff zugeführt, wenn der Motor gebremst
wird. Dieses erste Lastintervall entspricht kleinen negativen Werten
der Last des Verbrennungsmotors, d.h. wenn die Motorbremsung mit
einer kleinen Motorbremswirkung ausgeführt wird, was einer nicht ausreichenden Erhitzung
der Abgase entspricht. Bei einer Ausführungsform der Erfindung entspricht
dies einer Abgastemperatur von weniger als 250° C. In einem zweiten Lastintervall
wird eine kleine Kraftstoffmenge zugeführt, die im Wesentlichen die
gleiche Größe aufweist wie
diejenige, die während
null Last zugeführt
wird. In diesem zweiten Lastintervall entsprechen größere negative
Werte der Last des Verbrennungsmotors einer Motorbremsung, die bei
einer mittleren bis hohen Motorbremswirkung ausgeführt wird.
Bei einer Ausführungsform
der Erfindung entspricht dies einer Abgastemperatur, die 250° und vorzugsweise
450° übersteigt.
-
7 zeigt
ein Beispiel für
einen Ablaufplan, um die Regenerierung eines Partikelfilters zu
erreichen, der in thermischer Verbindung zu einem Oxidationskatalysator
angeordnet ist. In einem ersten Verfahrensschritt 50 wird
bestimmt, ob sich das Fahrzeug im normalen Betrieb oder nicht im
normalen Betrieb befindet oder ob es eine Motorbremsung ausführt. Wenn
das Fahrzeug im normalen Betrieb ist, dann geht die Steuereinheit 22 von
einem ersten Betriebsmodus 60 aus, in dem die Kraftstoffeinspritzung durch
eine als Matrix ausgebildete Darstellung entsprechend dem in 6 gezeigten
Beispiel gesteuert wird. Wenn eine Motorbremsung ausgeführt wird, dann
bestimmt ein zweiter Verfahrensschritt 70, ob der Partikelfilter
regeneriert oder nicht regeneriert werden sollte. Wenn keine Regenerierung
stattfinden soll, dann geht die Steuereinheit 22 wieder
von einem ersten Betriebsmodus 60 aus, bei dem die Kraftstoffeinspritzung
durch eine als Matrix ausgebildete Darstellung entsprechend dem
in 6 gezeigten Beispiel durchgeführt wird. Wenn eine Motorbremsung ausgeführt wird,
dann ist die Menge des eingespritzten Kraftstoffs jeweils 0 mg/Hub.
Wenn eine Regenerierung stattfinden soll, dann geht die Steuereinheit von
einem zweiten Betriebsmodus 80 aus, bei dem während der
Motorbremsung eine Regenerierung stattfindet. In diesem Fall wird
der Kraftstoff entsprechend einer als Matrix ausgebildeten Darstellung
gemäß dem in 6a gezeigten
Beispiel zugeführt.
-
8 zeigt
eine Ausführungsform
eines Steueralgorithmus 100, der von der Steuereinheit 2 des
Fahrzeugs angewandt wird. Die Steuereinheit 22 enthält einen üblichen
Steueralgorithmus 101 bekannter Art, der dazu dient, einen
ersten Betriebsmodus 60 anzunehmen, in dem der Verbrennungsmotor so
gesteuert wird, dass er ein Drehmoment abgibt und einen zweiten
Betriebsmodus 80, der einer Aktivierung des Motorbremsung
entspricht. Zu diesem Zweck weist der übliche Steueralgorithmus 101 aufgenommene
Fahrzeugdaten wie zum Beispiel die Geschwindigkeit, den Ladedruck,
die Temperatur, die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors usw. auf. Die
Fahrzeugdaten werden in üblicher
Weise sowohl von einem Satz Sensoren als auch von berechneten und
geschätzten
Werten abgerufen, die auf verfügbaren
Informationen beruhen. Das Abrufen der Fahrzeugdaten wird in einem
ersten Verfahrensschritt 102 vorgenommen. Außerdem ist
in dem üblichen
Steueralgorithmus 101 ein Abrufen erwünschter Werte enthalten, die
von dem Fahrer abgerufen werden, wie zum Beispiel die Stellung des
Gaspedals, das Bremsen, die Anpassung der Bremswirkung des Retarders
und/oder der Motorbremse, die Anpassung von einer automatischen
Geschwindigkeitsregelung (Reisegeschwindigkeitsregelung) usw.
-
Das
Abrufen der angeforderten Werte wird in einem zweiten Verfahrensschritt
103 durchgeführt. Aus
den abgerufenen und angeforderten Werten und den abgerufenen Fahrzeugdaten
wird in einem ersten Durchführungsschritt
104 bestimmt,
ob der Verbrennungsmotor oder ob er nicht in seinem ersten oder
zweiten Betriebsmodus arbeiten soll. Im Falle des ersten Betriebsmodus
60,
was der Erzeugung eines Antriebdrehmoments entspricht, wird gemäß bekannten
Algorithmen eine Berechnung der Dauer und des Zeitpunktes für die Zuführung von
Kraftstoff in einem dritten Verfahrensschritt
105 vorgenommen. Wenn
von dem zweiten Betriebsmodus
80 ausgegangen wurde, dann
setzt der Steueralgorithmus in einem zweiten Durchführungsschritt
106 einen
der Modi Regenerierung oder Nicht-Regenerierung voraus. Eine Regenerierung
wird dann durchgeführt, wenn
ein Eingangssignal zu dem Durchführungsschritt
106 anzeigt,
dass die Regenerierung ausgeführt
werden muss. Das Eingangssignal wird von dem Unterverfahren
107 des
Steueralgorithmus
100 erhalten, wo eine fortlaufende Berechnung
des Rußgehaltes
stattfindet. Die Berechnung des Rußgehalts wird mittels einer
Integration oder Summierung der Hinzufügung von Ruß durchgeführt, die sich aus jeder Verbrennung
von Kraftstoff in den Brennkammern unter Berücksichtigung einer Verringerung
der Rußmenge
ergibt, die durch ein mit Stickstoffdioxid durchgeführtes Verfahren
und über
eine beschleunigte Regenerierung in einer Umgebung von Sauerstoff
gemäß der Erfindung
erzielt wurde. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung wird die Berechnung der Rußmenge S mittels der folgenden
Gleichung ausgeführt.
-
Dabei
ist ai ein Rußbildungsfaktor
für die
Verbrennung i mit dem Volumen des Kraftstoffs Vi. Der Rußbildungsfaktor
ist dem durchschnittlichen Fachmann empirisch bekannt und hängt von
dem Lastpunkt in dem Verbrennungsprozess ab. b(T) ist ein Faktor
für die
Verbrennung von Rußpartikeln
in einer Umgebung von Stickstoffdioxid. Der Faktor b ist in hohem
Maße von
der Temperatur T der Abgase in dem Oxidationskatalysator abhängig. Das
qualitative Erscheinungsbild von b(T) ist dem durchschnittlichen Fachmann
bekannt und ist aus dem Diagramm der 9 ersichtlich.
-
c
ist ein Faktor für
die oben beschriebene und von Sauerstoff unterstützte Umwandlung von Rußpartikeln.
Die Eigenschaft von c ist dem durchschnittlichen Fachmann bekannt.
Die von Sauerstoff unterstützte
Umwandlung findet nur bei Abgastemperaturen von über 600° C statt. Innerhalb dieses Bereichs
ist der Faktor c im Wesentlichen dem Anteil an Sauerstoff in den
Abgasen und der Konzentration von Ruß in dem Filter proportional. Δtj ist die
Dauer der beschleunigten Regenerierung. Die Gleichung ist nur für positive
Werte von S gültig.
Wenn S kleiner als 0 ist, dann erhält S den Wert 0.
-
In
einem folgenden Verfahrensschritt 108 wird festgelegt,
ob die Rußmenge
S einen Schwellenwert S ≥ Smax überschreitet.
Wenn die Rußmenge
diesen Schwellenwert überschreitet,
dann findet die beschleunigte Regenerierung beim Abbremsen des Motors
durch die Zuführung
von Kraftstoff statt, was in einem vierten Verfahrensschritt 109 durchgeführt wird.
Die Kraftstoffmenge wird entweder mittels einer getrennt angeordneten
Einspritzeinheit zugeführt,
die in dem Abgaskanal endet oder mittels einer Zuführung über die
normale Einspritzeinheit des Verbrennungsmotors. Die Motorbremsung
wird in einem fünften
Verfahrensschritt 110 in üblicher Weise erreicht, wie
dies oben beschrieben wurde.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
und kann innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche beliebig verändert werden.