EP2761152A1 - Regenerationsverfahren für einen abgasstromdurchsetzten russpartikelfilter - Google Patents

Regenerationsverfahren für einen abgasstromdurchsetzten russpartikelfilter

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EP2761152A1
EP2761152A1 EP12766587.5A EP12766587A EP2761152A1 EP 2761152 A1 EP2761152 A1 EP 2761152A1 EP 12766587 A EP12766587 A EP 12766587A EP 2761152 A1 EP2761152 A1 EP 2761152A1
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EP
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fuel
regeneration
soot particle
regeneration method
particle filter
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Withdrawn
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EP12766587.5A
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Stefanie DIERINGER
Christian Düsseldorf
Peter Pickel
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Deere and Co
Original Assignee
Deere and Co
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a regeneration method for a soot particle interspersed exhaust gas filter, in which a burn-up strategy to be used for regeneration of the soot particle filter is selected as a function of a determined fuel type and / or biofuel component.
  • Such a regeneration method for a soot particle filter is evident, for example, from DE 10 2008 025 350 A1.
  • it is proposed to adjust the ratio between storage and regeneration of the soot particle filter as a function of sensor-determined fuel properties, in particular of a proportion of so-called biofuels contained in the fuel.
  • a further optimization of the regeneration strategy, in particular with regard to the energy requirement to be applied for carrying out the regeneration process, does not take place.
  • biofuels include alternative and synthetic fuels such as fatty acid methyl ester (FAME), vegetable oil, biomass-to-liquid (BTL), gas-to-liquid (GTL) gas, and the like.
  • FAME fatty acid methyl ester
  • BTL biomass-to-liquid
  • GTL gas-to-liquid
  • the regeneration method for a soot particle interpassed soot particle filter provides that a burn-up strategy to be used for regeneration of the soot particle filter is determined as a function of a determined type of fuel and / or biofuel component.
  • CONFIRMATION COPY is selected, wherein the selection of the burn-off strategy by specifying a characteristic of the determined fuel type and / or biofuel component burning or activation temperature takes place.
  • the fuel remaining in the exhaust gas flow as a result of the incomplete combustion in the fourth cycle can be catalytically oxidized or post-combusted in an oxidation catalytic converter upstream of the soot particle filter.
  • a posteriori injection of fuel outside of the internal combustion engine in an upstream of the oxidation catalyst tract of the exhaust system leads to a corresponding increase in the exhaust gas flow temperature.
  • the specification of the burn-off temperature takes place by adaptation of a fuel post-injection quantity influencing the exhaust-gas flow temperature in the region of an oxidation catalytic converter.
  • the predetermined limit depending on the determined fuel type and / or biofuel content with respect to the expected soot composition, in particular the
  • Particulate filter applied differential pressure If the latter exceeds a characteristic maximum value, it can be concluded with high probability of an excessive loading state of the soot particle filter. On the other hand, it is necessary to regenerate the particulate filter at fixed intervals of 10 to 100 hours. The implementation of the regeneration process is therefore initiated as soon as one of the aforementioned three regeneration criteria is met.
  • the load-related engine parameters are, for example, the lambda value, the fuel injection quantity and / or the rotational speed of the internal combustion engine.
  • a lambda value ⁇ 1 indicates increased soot formation with comparatively low nitrogen oxide emissions.
  • a lambda value> 1 indicates increased soot formation with a comparatively high nitrogen oxide output.
  • a lambda value of 1, 3 marks the so-called soot limit.
  • the load-related engine parameters are recorded over a predetermined measurement period, in each case based on the time of the last performed regeneration process, and based on the estimate of the current load state of the soot particle filter.
  • the lambda value can be determined by means of a lambda probe arranged in the exhaust gas flow or else mathematically by evaluating the injection quantity and the combustion air mass.
  • the fuel type determined by the fuel type and / or biofuel Fuel component dependent ⁇ concentration in the exhaust gas flow are taken into account. For example, the combustion of biofuels compared to fossil diesel fuels under otherwise identical conditions results in an increased formation of nitrogen oxides.
  • the viscosity, dielectric conductivity and / or density of the fuel used can be detected as a function of a determined fuel temperature.
  • the detection of the viscosity, dielectric conductivity and / or density can be carried out by evaluating the vibration and / or sound propagation behavior of the fuel.
  • a sensor suitable for this purpose is offered, for example, by the company Measure Specialties Inc. (EAS) under the model designation FPS28xx. This is due to the use of a tunable quartz resonant fork, where the degree of detuning of the quartz resonance fork when immersed in the fuel allows an immediate inference of its physical properties such as viscosity, dielectric conductivity and / or density. It should be noted at this point that deviating from a use of any other sensors is conceivable. For example, an evaluation of pressure oscillations induced in the fuel can take place by means of high-resolution pressure sensors.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the regeneration method according to the invention in the form of a flow chart
  • Fig. 2 is a schematically illustrated exhaust aftertreatment system which is operated by means of the regeneration method shown in Fig. 1.
  • 1 shows an exemplary embodiment of the regeneration method according to the invention in the form of a flow chart, this being explained with reference to the exhaust gas aftertreatment system illustrated in FIG. 2.
  • the regeneration process taking place in an electronic control unit 10 is initiated in a starting step 100 when a motor vehicle equipped with the exhaust aftertreatment system 12 is started up.
  • the exhaust gas aftertreatment system 12 through which exhaust gas flows from the side of an internal combustion engine 14 comprises an oxidation catalytic converter 16 and a soot particle filter 18 of the conventional type arranged downstream of the oxidation catalytic converter 16.
  • the internal combustion engine 14 in the present case is a common-rail diesel engine.
  • the exhaust gas flow emerging from the soot particle filter 18 is discharged via an exhaust system 20 to the environment.
  • a selective catalytic reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas stream by injecting an aqueous urea solution (AdBlue) by means of a feed device 22 upstream of the soot particle filter 18 can take place.
  • the latter is shown in dashed lines in Fig. 2.
  • the control of the feed device 22 by means of the electronic control unit 10, which in turn is part of a higher-level engine control 24 of the engine 14.
  • the feed device 22 is preceded by an SCR catalytic converter (SCR - Selective Catalytic Reduction) arranged between the soot particle filter 18 and the exhaust system 20 in the exhaust gas flow.
  • SCR catalytic converter SCR - Selective Catalytic Reduction
  • a first method step 101 the determination of the used fuel type and / or biofuel component takes place.
  • the viscosity, dielectric conductivity and / or density of the fuel is detected as a function of a determined fuel temperature.
  • the detection of the viscosity, dielectric conductivity and / or density follows by evaluating the vibration and / or sound propagation behavior of the fuel by means of a fuel sensor 26.
  • a suitable fuel sensor 26 is offered, for example, by Measure Specialties Inc. (EAS) under the model designation FPS28xx. This is due to the use of a tunable quartz resonant fork, where the degree of detuning of the quartz resonance fork when immersed in the fuel allows an immediate inference of its physical properties such as viscosity, dielectric conductivity and / or density.
  • EAS Measure Specialties Inc.
  • Both the fuel sensor 26 and a temperature sensor 28 provided for determining the fuel temperature are arranged together within a fuel tank 30 and are constantly surrounded by fuel there.
  • the signals of the fuel sensor 26 and the temperature sensor 28 are supplied to the electronic control unit 10 and set by the latter for determining the fuel type and / or the biofuel content by using associated fuel maps with each other.
  • the electronic control unit 10 based on the fuel type and / or biofuel component determined in the first method step 01, takes an estimate of the instantaneous loading state ⁇ of the fuel quantity
  • soot is formed to an increased degree in the combustion of fossil diesel fuels compared with biofuels.
  • the load-related engine parameters include the lambda value ⁇ , which is determined by means of a lambda probe 32 arranged in the exhaust gas flow is detected.
  • the fuel injection quantity and / or the rotational speed of the internal combustion engine 14 may be taken into account, the actual values of which result from an engine map stored in the engine control 24.
  • the load-related engine parameters are detected by the electronic control unit 10 over a predetermined measurement period, in each case starting from the time of the last performed regeneration process, and based on the estimate of the instantaneous load state ⁇ of the soot particle filter 18.
  • the ⁇ concentration dependent on the determined fuel type and / or biofuel component is additionally taken into account in the exhaust gas flow in the estimation of the instantaneous loading state ⁇ .
  • the combustion of biofuels compared to fossil diesel fuels under otherwise identical conditions results in an increased formation of nitrogen oxides.
  • the electronic control unit 10 determines in a third method step 103 that the instantaneous loading state ⁇ of the soot particle filter 18 exceeds a predetermined limit value niim, then in a fourth method step 104 it causes the regeneration process to be carried out by specifying a fuel type and / or biofuel component determined adjusted firing temperature T reg . It is taken into account that lower burning temperatures T reg are required to burn off soot resulting from biofuels than in the case of fossil diesel fuels.
  • the determination of the burnup temperature Treg required for the regeneration is based on empirically determined relationships which are stored in the electronic control unit 10 in the form of associated temperature characteristics.
  • the electronic control unit 10 therefore causes the regeneration process to be carried out as soon as one of the aforementioned three regeneration criteria is fulfilled in the third method step 103.
  • the regeneration method returns to the first method step 101.
  • the used common-rail diesel engine allows a targeted post-injection of fuel in the fourth cycle (so-called exhaust stroke).
  • the remaining as a result of incomplete combustion in the fourth cycle in the exhaust gas fuel is catalytically oxidized or post-combusted in the oxidation catalyst 16. This leads to a corresponding increase in the exhaust gas flow temperature.
  • the specification of the burn-off temperature T reg therefore takes place in the fourth method step 104 by adjusting a fuel injection quantity influencing the exhaust-gas flow temperature in the region of the oxidation catalytic converter 16, for which purpose the electronic control unit 10 engages the engine control 24 of the internal combustion engine 14 in a suitable manner.
  • the calorific value of biofuels is lower than that of fossil diesel fuels, a relatively higher fuel post-injection quantity ⁇ is required to achieve the same exhaust-gas flow temperature or burning-off temperature T reg .
  • Compliance with the burn-off temperature T reg is monitored by means of a temperature control encompassed by the exhaust aftertreatment system 12.
  • the latter has a plurality of temperature sensors 38, 40 and 42, which are distributed on an inlet of the oxidation catalytic converter 16 and on the inlet and outlet of the soot particle filter 18, for detecting the respective exhaust gas flow temperatures, the signals being supplied to the temperature sensors 38, 40 and 42 of the electronic control unit 10 become. This regulates the fuel post injection quantity ⁇ on the basis of the supplied signals in such a way that at all points within the soot particle filter 18, the predetermined burning temperature T reg is reached, so that a complete or uniform regeneration result is ensured.
  • the duration of the regeneration process is fixed and ranges between 20 and 30 minutes. After expiration of this time period, the regeneration method according to the invention is terminated in a final step 105.
  • the regeneration method according to the invention provides that a burn-up strategy to be used for regeneration of the soot particle filter 18 is selected as a function of a determined fuel type and / or biofuel fraction, wherein the selection of the burn-off strategy is determined by specifying a burn-off or combustion characteristic characteristic of the determined fuel type and / or biofuel fraction Activation temperature Treg occurs.

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Abstract

Regenerationsverfahren für einen abgasstromdurchsetzten Rußpartikelfilter (18), bei dem eine zur Regeneration des Rußpartikelfilters (18) heranzuziehende Abbrennstrategie in Abhängigkeit eines ermittelten Kraftstofftyps und/oder Biokraftstoffanteils ausgewählt wird, wobei die Auswahl der Abbrennstrategie durch Vorgabe einer für den ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil charakteristischen Abbrenntemperatur (Treg) erfolgt.

Description

Reqenerationsverfahren für einen abqasstromdurchsetzten Rußpartikelfilter
Die Erfindung betrifft ein Regenerationsverfahren für einen abgasstromdurchsetzten Rußpartikelfilter, bei dem eine zur Regeneration des Rußpartikelfilters heranzuziehende Abbrennstrategie in Abhängigkeit eines ermittelten Kraftstofftyps und/oder Biokraftstoffanteils ausgewählt wird.
Ein derartiges Regenerationsverfahren für einen Rußpartikelfilter geht beispielsweise aus der DE 10 2008 025 350 A1 hervor. So wird vorgeschlagen, das Verhältnis zwischen Speicherung und Regeneration des Rußpartikelfilters in Abhängigkeit sensorisch ermittelter Kraftstoffeigenschaften, insbesondere eines im Kraftstoff enthaltenen Anteils an sogenannten Biokraftstoffen, anzupassen. Eine weitergehende Optimierung der Regenerationsstrategie, insbesondere in Bezug auf den zur Durchführung des Regenerationsvorgangs aufzubringenden Energiebedarf, erfolgt nicht.
Zu den Biokraftstoffen gehören insbesondere alternative und synthetische Kraftstoffe wie Fettsäuremethylester (FAME), Pflanzenöl, verflüssigte Biomasse (BTL; Biomass- to-liquid), verflüssigte Gase (GTL; Gas-to-liquid), und dergleichen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Regenerationsverfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine bezüglich des Energiebedarfs optimierte Regenerationsstrategie bereitgestellt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Regenerationsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das Regenerationsverfahren für einen abgasstromdurchsetzten Rußpartikelfilter sieht vor, dass eine zur Regeneration des Rußpartikelfilters heranzuziehende Abbrennstrategie in Abhängigkeit eines ermittelten Kraftstofftyps und/oder Biokraftstoffanteils aus-
BESTÄTIGUNGSKOPIE gewählt wird, wobei die Auswahl der Abbrennstrategie durch Vorgabe einer für den ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil charakteristischen Abbrenn- bzw. Aktivierungstemperatur erfolgt.
Die zunehmende Verwendung bzw. Beimischung von Biokraftstoffen führt gegenüber herkömmlichen fossilen Dieselkraftstoffen nicht nur zu einer verringerten Rußbildung und damit zu dementsprechend verlängerten Regenerationszeitabständen des Rußpartikelfilters, sondern auch zu niedrigeren Abbrenntemperaturen in der Größenordnung von 500 °C. Ungeachtet dessen erreichen die Temperaturen der aus dem Verbrennungsmotor austretenden Abgase unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen allenfalls Werte im Bereich von 250 bis 300 °C. Dies macht eine nachträgliche Aufheizung des Abgasstroms im Abgasnachbehandlungssystem, beispielsweise in einem dem Rußpartikelfilter vorgeschalteten Oxydationskatalysator, erforderlich. Der hierzu benötigte Energiebedarf wird beispielsweise durch gezielte Nachverbrennung von Kraftstoff gedeckt.
Durch geeignete Auswahl der Abbrennstrategie kann daher eine an den ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil und damit eine den tatsächlichen Bedürfnissen angepasste Abbrenntemperatur vorgegeben werden. Der insoweit aufzubringende Energiebedarf lässt sich auf diese Weise auf ein unbedingt notwendiges Maß reduzieren.
Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Regenerationsverfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Gerade als Common-Rail-Dieselmotoren ausgebildete Verbrennungsmotoren erlauben eine gezielte Nacheinspritzung von Kraftstoff im vierten Takt (sog. Auspufftakt). Der infolge der unvollständigen Verbrennung im vierten Takt im Abgasstrom verbliebene Kraftstoff kann in einem dem Rußpartikelfilter vorgeschalteten Oxydationskatalysator katalytisch oxydiert bzw. nachverbrannt werden. Alternativ kann auch eine Nachein- spritzung von Kraftstoff außerhalb des Verbrennungsmotors in einem dem Oxydationskatalysator vorgeschalteten Trakt des Abgasstrangs erfolgen. In beiden Fällen führt die Nacheinspritzung zu einer entsprechenden Erhöhung der Abgasstromtemperatur. Vorzugsweise erfolgt daher die Vorgabe der Abbrenntemperatur durch Anpassung einer die Abgasstromtemperatur im Bereich eines Oxydationskatalysators beeinflussenden Kraftstoffnacheinspritzmenge. Da der Brennwert von Biokraftstoffen geringer ist als derjenige fossiler Dieselkraftstoffe, ist zur Erreichung der gleichen Abgasstromtemperatur bzw. Abbrenntemperatur eine verhältnismäßig gesehen höhere Kraftstoffnacheinspritzmenge erforderlich. Die Einhaltung der Abbrenntemperatur wird hierbei mittels einer von dem Abgasnachbehandlungssystem umfassten Temperaturregelung überwacht. Die Dauer des Regenerationsvorgangs ist fest vorgegeben und liegt im Bereich zwischen 20 und 30 Minuten.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass aus dem ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil auf den momentanen Beladungszustand des Rußpartikelfilters geschlossen wird. Der Beladungszustand und damit die Menge des im Rußpartikelfilter seit dem letzten Regenerationsvorgang angesammelten Rußes ist maßgeblich für die Entscheidung, ob ein Regenerationsvorgang durchzuführen ist oder nicht.
Insofern kann auf die Notwendigkeit der Durchführung eines Regenerationsvorgangs geschlossen werden, wenn der momentane Beladungszustand des Rußpartikelfilters einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Hierbei ist es denkbar, den vorgegebenen Grenzwert abhängig von dem ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil hinsichtlich der zu erwartenden Rußzusammensetzung, insbesondere der
Partikelgrößenverteilung der brennbaren Rußanteile sowie der Art der daran haftenden Kohlenwasserstoffe, zu modifizieren.
Im Allgemeinen werden zur Entscheidung, ob die Durchführung des Regenerationsvorgangs notwendig ist oder nicht, neben dem Beladungszustand des Rußpartikelfilters weitere Regenerationskriterien berücksichtigt. Hierzu gehört einerseits die seit der Durchführung des letzten Regenerationsvorgangs verstrichene Betriebszeit des Rußpartikelfilters sowie andererseits der zwischen einem Ein- und Auslass des
Rußpartikelfilters anliegende Differenzdruck. Übersteigt letzterer einen charakteristischen Höchstwert, so kann mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einen übermäßigen Beladungszustand des Rußpartikelfilters geschlossen werden. Andererseits ist es erforderlich, den Rußpartikelfilter in festen Zeitabständen von 10 bis 100 Stunden zu regenerieren. Die Durchführung des Regenerationsvorgangs wird daher dann veranlasst, sobald eines der vorgenannten drei Regenerationskriterien erfüllt ist.
Da sich die Auslastung bzw. der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors entscheidend auf den Umfang der Rußbildung auswirkt, besteht ferner die Möglichkeit, dass zur Abschätzung des momentanen Beladungszustands des Rußpartikelfilters lastbezogene Motorparameter berücksichtigt werden. Bei den lastbezogenen Motorparametern handelt es sich beispielsweise um den Lambdawert, die Kraftstoffeinspritzmenge und/oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors. So lässt beispielsweise ein Lambdawert < 1 (sog. fettes Gemisch) auf eine vermehrte Rußbildung bei vergleichsweise geringem Stickoxidausstoß schließen. Umgekehrt kann bei einem Lambdawert > 1 (sog. mageres Gemisch) auf eine verringerte Rußbildung bei vergleichsweise hohem Stickoxidausstoß geschlossen werden. Ein Lambdawert von 1 ,3 markiert hierbei die sogenannte Rußgrenze. Die lastbezogenen Motorparameter werden über einen vorgegebenen Messzeitraum, jeweils ausgehend vom Zeitpunkt des zuletzt durchgeführten Regenerationsvorgangs, erfasst und der Abschätzung des momentanen Beladungszustands des Rußpartikelfilters zugrunde gelegt. Die Bestimmung des Lambdawerts kann mittels einer im Abgasstrom angeordneten Lambdasonde oder aber rechnerisch durch Auswertung der Einspritzmenge und der Verbrennungsluftmasse erfolgen.
Aufgrund der oxydierenden und insofern rußreduzierenden Wirkung der im Abgasstrom enthaltenen Stickoxide (NOx) kann zur Abschätzung des momentanen Beladungszustands des Rußpartikelfilters zusätzlich die vom ermittelten Kraftstofftyp und/oder Bio- kraftstoffanteil abhängige ΝΟχ-Konzentration im Abgasstrom berücksichtigt werden. So findet bei der Verbrennung von Biokraftstoffen gegenüber fossilen Dieselkraftstoffen unter ansonsten gleichen Bedingungen eine vermehrte Bildung von Stickoxiden statt.
Zur genauen Ermittlung des Kraftstofftyps und/oder des Biokraftstoffanteils können die Viskosität, dielektrische Leitfähigkeit und/oder Dichte des verwendeten Kraftstoffs in Abhängigkeit einer ermittelten Kraftstofftemperatur erfasst werden.
Die Erfassung der Viskosität, dielektrischen Leitfähigkeit und/oder Dichte kann durch Auswertung des Schwingungs- und/oder Schallausbreitungsverhaltens des Kraftstoffs erfolgen. Ein hierfür geeigneter Sensor wird beispielsweise von der Firma Measure- ment Specialities Inc. ( EAS) unter der Baureihenbezeichnung FPS28xx angeboten. Dieser beruht auf der Verwendung einer verstimmbaren Quartz-Resonanzgabel, wobei der Grad der Verstimmung der Quartz-Resonanzgabel beim Eintauchen in den Kraftstoff einen unmittelbaren Rückschluss auf dessen physikalische Eigenschaften wie Viskosität, dielektrische Leitfähigkeit und/oder Dichte erlaubt. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass abweichend davon auch eine Verwendung beliebiger anderer Sensoren denkbar ist. So kann beispielsweise eine Auswertung von im Kraftstoff induzierter Druckschwingungen mittels hochauflösender Drucksensoren erfolgen.
Das erfindungsgemäße Regenerationsverfahren wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Regenerationsverfahrens in Gestalt eines Flussdiagramms, und
Fig. 2 ein schematisch dargestelltes Abgasnachbehandlungssystem, das mittels des in Fig. 1 dargestellten Regenerationsverfahrens betrieben wird. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Regenerationsverfahrens in Gestalt eines Flussdiagramms, wobei dieses unter Bezugnahme auf das in Fig. 2 dargestellte Abgasnachbehandlungssystem erläutert werden soll.
Das in einer elektronischen Steuereinheit 10 ablaufende Regenerationsverfahren wird in einem Startschritt 100 bei Inbetriebnahme eines mit dem Abgasnachbehandlungssystem 12 ausgestatteten Kraftfahrzeugs initiiert.
Das von Seiten eines Verbrennungsmotors 14 mit Abgas durchströmte Abgasnachbehandlungssystem 12 umfasst einen Oxydationskatalysator 16 sowie einen dem Oxydationskatalysator 16 stromabwärts nachgeschalteten Rußpartikelfilter 18 herkömmlicher Bauart. Bei dem Verbrennungsmotor 14 handelt es sich im vorliegenden Fall um einen Common-Rail-Dieselmotor. Der aus dem Rußpartikelfilter 18 austretende Abgasstrom wird über eine Auspuffanlage 20 an die Umgebung abgegeben.
Zusätzlich kann eine selektive katalytische Reduktion von im Abgasstrom enthaltenen Stickoxiden durch Einspritzen einer wässrigen Harnstofflösung (AdBlue) mittels einer dem Rußpartikelfilter 18 vorgeschalteten Zuführeinrichtung 22 erfolgen. Letztere ist in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet. Die Steuerung der Zuführeinrichtung 22 erfolgt mittels der elektronischen Steuereinheit 10, die ihrerseits Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuerung 24 des Verbrennungsmotors 14 ist. Gemäß einer nicht dargestellten Variante des Abgasnachbehandlungssystems 12 ist die Zuführeinrichtung 22 einem zwischen Rußpartikelfilter 18 und Auspuffanlage 20 angeordneten SCR-Katalysator (SCR - Selective Catalytic Reduction) im Abgasstrom vorgeschaltet.
In einem ersten Verfahrensschritt 101 erfolgt die Ermittlung des verwendeten Kraftstoff- typs und/oder Biokraftstoffanteils. Hierzu wird die Viskosität, dielektrische Leitfähigkeit und/oder Dichte des Kraftstoffs in Abhängigkeit einer ermittelten Kraftstofftemperatur erfasst. Die Erfassung der Viskosität, dielektrischen Leitfähigkeit und/oder Dichte er- folgt durch Auswertung des Schwingungs- und/oder Schallausbreitungsverhaltens des Kraftstoffs mittels eines Kraftstoffsensors 26.
Ein hierfür geeigneter Kraftstoffsensor 26 wird beispielsweise von der Firma Measure- ment Specialities Inc. ( EAS) unter der Baureihenbezeichnung FPS28xx angeboten. Dieser beruht auf der Verwendung einer verstimmbaren Quartz-Resonanzgabel, wobei der Grad der Verstimmung der Quartz-Resonanzgabel beim Eintauchen in den Kraftstoff einen unmittelbaren Rückschluss auf dessen physikalische Eigenschaften wie Viskosität, dielektrische Leitfähigkeit und/oder Dichte erlaubt.
Sowohl der Kraftstoffsensor 26 als auch ein zur Ermittlung der Kraftstofftemperatur vorgesehener Temperatursensor 28 sind gemeinsam innerhalb eines Kraftstofftanks 30 angeordnet und werden dort stetig von Kraftstoff umspült. Die Signale des Kraftstoffsensors 26 sowie des Temperatursensors 28 werden der elektronischen Steuereinheit 10 zugeführt und von dieser zur Ermittlung des Kraftstofftyps und/oder des Biokraftstoffanteils durch Verwendung zugehöriger Kraftstoffkennfelder miteinander in Beziehung gesetzt.
In einem zweiten Verfahrensschritt 102 nimmt die elektronische Steuereinheit 10 ausgehend von dem im ersten Verfahrensschritt 01 ermittelten Kraftstofftyp und/oder Bio- kraftstoffanteil eine Abschätzung des momentanen Beladungszustands η des
Rußpartikelfilters 18 vor. Hierbei wird von der elektronischen Steuereinheit 10 berücksichtigt, dass bei der Verbrennung fossiler Dieselkraftstoffe gegenüber Biokraftstoffen in erhöhtem Maße Ruß gebildet wird.
Da sich die Auslastung bzw. der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 14 entscheidend auf den Umfang der Rußbildung auswirkt, erfolgt die Abschätzung des momentanen Beladungszustands η unter zusätzlicher Berücksichtigung lastbezogener Motorparameter. Bei den lastbezogenen Motorparametern handelt es sich unter anderem um den Lambdawert λ, der mittels einer im Abgasstrom angeordneten Lambdasonde 32 erfasst wird. Zusätzlich kann die Kraftstoffeinspritzmenge und/oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 berücksichtigt werden, wobei sich deren momentane Werte aus einem in der Motorsteuerung 24 hinterlegten Motorkennfeld ergeben. Die lastbezogenen Motorparameter werden über einen vorgegebenen Messzeitraum, jeweils ausgehend vom Zeitpunkt des zuletzt durchgeführten Regenerationsvorgangs, von der elektronischen Steuereinheit 10 erfasst und der Abschätzung des momentanen Beladungszustands η des Rußpartikelfilters 18 zugrunde gelegt.
Aufgrund der oxydierenden und insofern rußreduzierenden Wirkung der im Abgasstrom enthaltenen Stickoxide (NOx) wird bei der Abschätzung des momentanen Beladungszustands η zusätzlich die vom ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil abhängige ΝΟχ-Konzentration im Abgasstrom berücksichtigt. So findet bei der Verbrennung von Biokraftstoffen gegenüber fossilen Dieselkraftstoffen unter ansonsten gleichen Bedingungen eine vermehrte Bildung von Stickoxiden statt.
Stellt die elektronische Steuereinheit 10 daraufhin in einem dritten Verfahrensschritt 103 fest, dass der momentane Beladungszustand η des Rußpartikelfilters 18 einen vorgegebenen Grenzwert niim übersteigt, so veranlasst diese in einem vierten Verfahrensschritt 104 die Durchführung des Regenerationsvorgangs durch Vorgabe einer an den ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil angepassten Abbrenntemperatur Treg. Dabei wird berücksichtigt, dass zum Abbrennen von aus Biokraftstoffen herrührendem Ruß geringere Abbrenntemperaturen Treg benötigt werden als im Falle fossiler Dieselkraftstoffe. Die Bestimmung der zur Regeneration benötigten Abbrenntemperatur Treg erfolgt auf Grundlage empirisch ermittelter Zusammenhänge, die in der elektronischen Steuereinheit 10 in Gestalt zugehöriger Temperaturkennfelder hinterlegt ist. Ferner ist es denkbar, den vorgegebenen Grenzwert ηΙίΓηίι abhängig von dem ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil hinsichtlich der zu erwartenden Rußzusammensetzung, insbesondere der Partikelgrößenverteilung der brennbaren Rußanteile sowie der Art der daran haftenden Kohlenwasserstoffe, zu modifizieren. Zugleich werden im dritten Verfahrensschritt 103 neben dem momentanen Beladungszustand η des Rußpartikelfilters 18 weitere Regenerationskriterien berücksichtigt. Hierzu gehört einerseits die seit der Durchführung des letzten Regenerationsvorgangs verstrichene Betriebszeit τ des Rußpartikelfilters 18 sowie andererseits der zwischen einem Ein- und Auslass des Rußpartikelfilters 18 anliegende Differenzdruck Δρ, der mittels zugehöriger Drucksensoren 34 und 36 ermittelt wird. Übersteigt letzterer einen charakteristischen Höchstwert pnmjt, so kann mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einen übermäßigen Beladungszustand η des Rußpartikelfilters 18 geschlossen werden. Andererseits ist es erforderlich, den Rußpartikelfilter 18 in festen Zeitabständen Tünm von 10 bis 100 Stunden zu regenerieren. Die elektronische Steuereinheit 10 veranlasst die Durchführung des Regenerationsvorgangs daher dann, sobald eines der vorgenannten drei Regenerationskriterien im dritten Verfahrensschritt 103 erfüllt ist.
Trifft keines der drei Regenerationskriterien zu, so kehrt das Regenerationsverfahren zum ersten Verfahrensschritt 101 zurück.
Der verwendete Common-Rail-Dieselmotor erlaubt eine gezielte Nacheinspritzung von Kraftstoff im vierten Takt (sog. Auspufftakt). Der infolge der unvollständigen Verbrennung im vierten Takt im Abgasstrom verbliebene Kraftstoff wird im Oxydationskatalysator 16 katalytisch oxydiert bzw. nachverbrannt. Dies führt zu einer entsprechenden Erhöhung der Abgasstromtemperatur. Die Vorgabe der Abbrenntemperatur Treg erfolgt daher im vierten Verfahrensschritt 104 durch Anpassung einer die Abgasstromtemperatur im Bereich des Oxydationskatalysators 16 beeinflussenden Kraftstoffnachein- spritzmenge , wozu die elektronische Steuereinheit 10 in geeigneter Weise in die Motorsteuerung 24 des Verbrennungsmotors 14 eingreift. Da der Brennwert von Biokraftstoffen geringer ist als derjenige fossiler Dieselkraftstoffe, ist zur Erreichung der gleichen Abgasstromtemperatur bzw. Abbrenntemperatur Treg eine verhältnismäßig gesehen höhere Kraftstoffnacheinspritzmenge κ erforderlich. Die Einhaltung der Abbrenntemperatur Treg wird mittels einer von dem Abgasnachbehandlungssystem 12 umfassten Temperaturregelung überwacht. Beispielsgemäß weist diese mehrere auf einen Einlass des Oxydationskatalysators 16 sowie auf den Ein- und Auslass des Rußpartikelfilters 18 verteilt angeordnete Temperatursensoren 38, 40 und 42 zur Erfassung der jeweiligen Abgasstromtemperaturen auf, wobei die Signale der Temperatursensoren 38, 40 und 42 der elektronischen Steuereinheit 10 zugeführt werden. Diese regelt die Kraftstoffnacheinspritzmenge κ auf Basis der zugeführten Signale derart ein, dass an allen Stellen innerhalb des Rußpartikelfilters 18 die vorgegebene Abbrenntemperatur Treg erreicht wird, sodass ein vollständiges bzw. gleichmäßiges Regenerationsergebnis sichergestellt ist.
Die Dauer des Regenerationsvorgangs ist fest vorgegeben und liegt im Bereich zwischen 20 und 30 Minuten. Nach Ablauf dieser Zeitspanne wird das erfindungsgemäße Regenerationsverfahren in einem Schlussschritt 105 beendet.
Mit anderen Worten sieht das erfindungsgemäße Regenerationsverfahren vor, dass eine zur Regeneration des Rußpartikelfilters 18 heranzuziehende Abbrennstrategie in Abhängigkeit eines ermittelten Kraftstofftyps und/oder Biokraftstoffanteils ausgewählt wird, wobei die Auswahl der Abbrennstrategie durch Vorgabe einer für den ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil charakteristischen Abbrenn- bzw. Aktivierungstemperatur Treg erfolgt.
Durch geeignete Auswahl der Abbrennstrategie kann daher eine an den ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil und damit eine den tatsächlichen Bedürfnissen angepasste Abbrenntemperatur Treg vorgegeben werden. Der insoweit aufzubringende Energiebedarf lässt sich auf diese Weise auf ein unbedingt notwendiges Maß reduzieren.
Grundsätzlich kommt eine Verwendung des erfindungsgemäßen Regenerationsverfahrens bei dieselbetriebenen Kraftfahrzeugen beliebiger Bauart in Frage. Ebenso ist eine stationäre Nutzung im Falle dieselbetriebener Stromgeneratoren oder dergleichen denkbar.

Claims

Patentansprüche
1 . Regenerationsverfahren für einen abgasstromdurchsetzten Rußpartikelfilter, bei dem eine zur Regeneration des Rußpartikelfilters (18) heranzuziehende Abbrennstrategie in Abhängigkeit eines ermittelten Kraftstofftyps und/oder Biokraftstoffanteils ausgewählt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Abbrennstrategie durch Vorgabe einer für den ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil charakteristischen Abbrenntemperatur (Treg) erfolgt.
2. Regenerationsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabe der Abbrenntemperatur (Treg) durch Anpassung einer die Abgasstromtemperatur im Bereich eines Oxydationskatalysators (16) beeinflussenden Kraft- stoffnacheinspritzmenge (κ) erfolgt.
3. Regenerationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil auf den momentanen Beladungszustand (η) des Rußpartikelfilters (18) geschlossen wird.
4. Regenerationsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Notwendigkeit der Durchführung eines Regenerationsvorgangs geschlossen wird, wenn der momentane Beladungszustand (η) des Rußpartikelfilters (18) einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
5. Regenerationsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschätzung des momentanen Beladungszustands (η) des Rußpartikelfilters (18) lastbezogene Motorparameter berücksichtigt werden. Regenerationsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschätzung des momentanen Beladungszustands (η) des Rußpartikelfilters (18) die vom ermittelten Kraftstofftyp und/oder Biokraftstoffanteil abhängige NO*- Konzentration im Abgasstrom berücksichtigt wird.
Regenerationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Kraftstofftyps und/oder des Biokraftstoffanteils die Viskosität, dielektrische Leitfähigkeit und/oder Dichte des verwendeten Kraftstoffs in Abhängigkeit einer ermittelten Kraftstofftemperatur erfasst werden.
Regenerationsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Viskosität, dielektrischen Leitfähigkeit und/oder Dichte durch Auswertung des Schwingungs- und/oder Schallausbreitungsverhaltens des Kraftstoffs erfolgen.
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