SE1050888A1 - Förfarande och system för avgasrening - Google Patents

Description

l0 l5 Vid förbränningsmotorns bränsles förbränning i cylindrarna bildas sotpartiklar. Partikelfilter används för att fånga upp dessa sotpartiklar, och fungerar på så sätt att avgasströmmen leds genom en filterstruktur där sotpartiklar fångas upp från den passerande avgasströmmen och upplagras i partikelfiltret.

Partikelfiltret fylls med sot allteftersom fordonet framförs, och förr eller senare måste filtret tömmas på sot, vilket vanligtvis åstadkoms med hjälp av s.k. regenerering.

Regenerering innebär att sotpartiklarna, vilka i huvudsak består av kolpartiklar, omvandlas till koldioxid och/eller kolmonoxid i en eller flera kemiska processer, och i huvudsak kan regenerering ske på två olika sätt. Dels kan regenerering ske genom s.k. syre(O2)-baserad regenerering, även kallad aktiv regenerering. Vid aktiv regenerering omvandlas kol med hjälp av syre till koldioxid samt värme.

Denna kemiska reaktion erfordrar förhållandevis höga partikelfiltertemperaturer för att önskad reaktionshastighet (tömningshastighet) över huvud taget ska uppstå.

Istället för aktiv regenerering kan N02-baserad regenerering, även kallad passiv regenerering, tillämpas. Vid passiv regenerering bildas kväveoxid och koloxid genom en reaktion mellan kol och kvävedioxid. Fördelen med passiv regenerering är att önskade reaktionshastigheter, och därmed den hastighet med vilken filtret töms, kan uppnås vid betydligt lägre tempelfâtlllfêï .

Oavsett om aktiv eller passiv regenerering tillämpas är det dock fortfarande viktigt att regenereringen utförs på ett effektivt sätt så att regenerering av ett partikelfilter kan utföras inom en rimlig tid.

Sammanfattning av uppfinningen lO l5 Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla ett förfarande för regenerering av partikelfilter på ett effektivt sätt. Detta syfte uppnås genom ett förfarande enligt den kännetecknande delen av patentkrav l.

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande för passiv regenerering av ett partikelfilter vid en förbränningsprocess, varvid nämnda partikelfilter är inrättat för behandling av avgaser resulterande från en förbränning vid en förbränningsmotör, varvid nämnda förfarande innefattar att vid nämnda regenereringsförfarande styra nämnda förbränningsmötor enligt en första mod respektive en andra mod, där i nämnda första mod förbränningsmotorn styrs på ett sådant sätt att en hög avgastemperatur genereras. Förfarandet innefattar vidare att bestämma en temperatur för nämnda partikelfilter, och styra nämnda förbränningsmötor enligt nämnda första mod när nämnda bestämda temperatur understiger ett första värde.

Föreliggande uppfinning har fördelen att en hög avgastemperatur erhålls, vilket i sin tur höjer partikelfiltrets temperatur. Eftersom regenereringshastigheten är temperaturberoende medför detta att en hög regenereringshastighet kan erhållas.

Förbränningsmotorn kan styras enligt nämnda första mod till dess att partikelfiltrets temperatur uppnår en högre andra temperatur, varvid styrning av nämnda förbränningsmötor kan övergår till styrning enligt nämnda andra mod, där i nämnda andra mod förbränningsmotorn kan styras på ett sådant sätt att en jämfört med nämnda första mod väsentligt högre mängd kväveoxider avges. Eftersom regenereringshastigheten vid passiv regenerering är beroende både av temperaturen och l0 l5 tillgången på kväveoxider (kvävedioxid) kan därmed regenereringshastigheten höjas ytterligare.

Nämnda andra temperatur kan utgöra en tillämplig temperatur överstigande 250°C.

När partikelfiltrets temperatur har uppnått nämnda andra temperatur och styrning av nämnda förbränningsmotor övergått till styrning enligt nämnda andra mod, kan förbränningsmotorn styras enligt nämnda andra mod till dess att nämnda bestämda temperatur sjunkit till en så pass låg temperatur att partikelfiltrets temperatur åter bör höjas för att inte regenereringshastigheten ska bli alltför låg, och kan t.ex. utgöra en temperatur understigande 500°C. Istället för att åter växla till den första moden när temperaturen har sjunkit till den lägre nivån kan växling till den första moden istället ske när en viss tid har förflutit sedan byte till den andra moden utfördes.

Nämnda modbyten kan upprepas till dess att nämnda partikelfilter regenererats till önskad nivå, eller att regenereringen av annan anledning måste avbrytas.

I nämnda första mod kan förbränningsmotorns verkningsgrad sänkas till en låg nivå, så att en stor del av energin övergår till värme. T.ex. kan detta åstadkommas genom att inspruta bränsle efter det att kolven har passerat övre dödpunkt och således är på väg ned. T.ex. kan insprutningstidpunkten (- vinkeln) styras på ett sådant sätt att bränslet i princip hinner antändas, men inte tillför något större bidrag beträffande generering av kraft för framdrivning av fordonet.

Förbränningsmotorn kan även styras mot ett lågt Å-värde, dvs. mot låg lufttillförsel, för att minska luftens nedkylningseffekt.

Ytterligare kännetecken för föreliggande uppfinning och fördelar därav kommer att framgå ur följande detaljerade beskrivning av exempelutföringsformer och de bifogade ritningarna.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. la visar en drivlina i ett fordon vid vilket föreliggande uppfinning med fördel kan användas.

Fig. lb visar en exempelstyrenhet i ett fordonsstyrsystem.

Fig. 2 visar ett exempel på ett efterbehandlingssystem i ett fordon vid vilket föreliggande uppfinning med fördel kan användas.

Fig. 3 visar ett exempel pä regenererings- (sotutbrännings-) hastigheten som funktion av sotmängd i partikelfiltret, och dess temperaturberoende.

Fig. 4 visar temperaturberoendet för oxidation av kväveoxid till kvävedioxid i en oxidationskatalysator.

Fig. 5 visar schematiskt ett diagram över ett exempelregenereringsförfarande enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 6 visar schematiskt ett exempelförfarande enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Fig. la visar schematiskt ett tungt exempelfordon 100, såsom en lastbil, buss eller liknande, enligt en exempelutföringsform av föreliggande uppfinning. Det i fig. la schematiskt visade fordonet 100 innefattar ett främre hjulpar 111, 112 och ett bakre hjulpar med drivhjul 113, 114. Fordonet innefattar vidare en drivlina med en förbränningsmotor 101, vilken på ett sedvanligt sätt, via en pä förbränningsmotorn 101 utgående axel 102, är förbunden med en växellåda 103, t.ex. via en koppling 106.

En från växellådan 103 utgående axel 107 driver drivhjulen 113, 114 via en slutväxel 108, såsom t.ex. en sedvanlig differential, och drivaxlar 104, 105 förbundna med nämnda slutvaxel 108.

Fordonet 100 innefattar vidare ett efterbehandlingssystem (avgasreningssystem) 200 för behandling (rening) av avgasutsläpp från förbränningsmotorn 101.

Efterbehandlingssystemet visas mer i detalj i fig. 2. Figuren visar fordonets 100 förbränningsmotor 101, där de vid förbränningen genererade avgaserna leds via ett turboaggregat 220 (vid turbomotorer driver ofta den från förbränningen resulterande avgasströmmen ett turboaggregat som i sin tur komprimerar den inkommande luften till cylindrarnas förbränning). Funktionen för turboaggregat är mycket välkänd, och beskrivs därför inte närmare här. Avgasströmmen leds sedan via ett rör 204 (indikerat med pilar) till ett partikelfilter (Diesel Particulate Filter, DPF) 202 via en oxidationskatalysator (Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 205.

Vidare innefattar efterbehandlingssystemet en nedströms om partikelfiltret 202 anordnad SCR (Selective Catalytic Reduction) -katalysator 201. SCR-katalysatorer använder ammoniak (NH3), eller en sammansättning ur vilken ammoniak kan genereras/bildas, som tillsatsmedel för reduktion av mängden kväveoxider NOX.

Partikelfiltret 202 kan alternativt vara anordnat nedströms om SCR-katalysatorn 201, även om detta kan vara mindre fördelaktigt då föreliggande uppfinning hänför sig till s.k. passiv regenerering där regenereringen är beroende av de kväveoxider som normalt reduceras av SCR-katalysatorn. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar efterbehandlingssystemet överhuvudtaget inte någon SCR- katalysator.

Oxidationskatalysatorn DOC 205 har flera funktioner, och utnyttjar det luftöverskott som dieselmotorprocessen allmänt ger upphov till i avgasströmmen som kemisk reaktor tillsammans med en ädelmetallbeläggning i oxidationskatalysatorn.

Oxidationskatalysatorn används normalt primärt för att oxidera kvarvarande kolväten och kolmonoxid i avgasströmmen till koldioxid och vatten.

Oxidationskatalysatorn kan dock även oxidera en stor andel av de i avgasströmmen förekommande kvävemonoxiderna (NO) till kvävedioxid (N02). Denna kvävedioxid utnyttjas sedan vid passiv regenerering enligt föreliggande uppfinning. Även ytterligare reaktioner kan förekomma i oxidationskatalysatorn.

I den visade utföringsformen är DOC 205, DPF 202 samt även SCR-katalysatorn 201 integrerade i en och samma avgasreningsenhet 203. Det ska dock förstås att DOC 205 och DPF 202 inte behöver vara integrerade i en och samma avgasreningsenhet, utan enheterna kan vara anordnade på annat sätt där så befinnes lämpligt. T ex kan DOC 205 vara anordnad närmare förbränningsmotorn 101. Likaså kan SCR-katalysatorn vara anordnad separat from DPF 202 och/eller DOC 205.

Den i fig. 2 visade efterbehandlingssystemuppsättningen är vanligt förekommande vid tunga fordon, åtminstone i jurisdiktioner där strängare utsläppskrav råder, men som alternativ till oxidationskatalysatorn kan istället partikelfiltret innefatta ädelmetallbeläggningar så att de i oxidationskatalysatorn förekommande kemiska processerna istället förekommer i partikelfiltret, varvid efterbehandlingssystemet således inte innefattar någon DOC. l0 l5 Såsom nämnts bildas sotpartiklar vid förbränningsmotorns 101 förbränning. Dessa sotpartiklar bör inte, och får i många fall heller inte, släppas ut i fordonets omgivning. Dieselpartiklar består av kolväten, kol (sot) och oorganiska ämnen såsom svavel och aska. Såsom nämnts ovan fångas dessa sotpartiklar därför upp av partikelfiltret 202, vilket fungerar på så sätt att avgasströmmen leds genom en filterstruktur där sotpartiklar fångas upp från den passerande avgasströmmen för att sedan upplagras i partikelfiltret 202. Med hjälp av partikelfilter 202 kan en mycket stor andel av partiklarna avskiljas från avgasströmmen.

I takt med att partiklar avskiljs från avgasströmmen med hjälp av partikelfiltret 202 ansamlas alltså de avskiljda partiklarna i partikelfiltret 202, varvid detta med tiden fylls upp av sot. Beroende på faktorer såsom aktuella körförhållanden, förarens körsätt och fordonslast kommer en större eller mindre mängd sotpartiklar att genereras, varför denna uppfyllnad ske mer eller mindre snabbt, men när filtret är uppfyllt till en viss nivå måste filtret "tömmas". Om filtret är uppfyllt till alltför hög nivå kan fordonets prestanda påverkas, samtidigt som även brandfara, p.g.a. sotansamling i kombination med höga temperaturer, kan uppstå.

Enligt ovan utförs tömning av partikelfilter 202 med hjälp av regenerering där sotpartiklar, kolpartiklar, i en kemisk process omvandlas till koldioxid och/eller kolmonoxid. Över tiden måste således partikelfiltret 202 med mer eller mindre regelbundna intervall regenereras, och bestämning av lämplig tidpunkt för regenerering av partikelfiltret kan t.ex. utföras med hjälp av en styrenhet 208, vilken t.ex. kan utföra bestämning av lämplig tidpunkt/tidpunkter åtminstone delvis med hjälp av signaler från en tryckgivare 209, vilken mäter differentialtrycket över partikelfiltret. Ju mer partikelfiltret 202 fylls upp, desto högre kommer tryckskillnaden över partikelfiltret 202 att vara. Även aktuella temperaturer före och/eller efter oxidationskatalysatorn 205 och/eller före och/eller efter partikelfiltret 202 kan inverka vid bestämning av regenereringstidpunkt. Dessa temperaturer kan t.ex. bestämmas med hjälp av temperatursensorer 210-212.

Normalt vidtas inga regenereringsåtgärder så länge som filtrets fyllnadsnivå understiger någon förutbestämd nivå.

T.ex. kan styrsystemets styrning av filterregenereringen vara så anordnad att inga åtgärder vidtas så länge som filtrets fyllnadsgrad t.ex. understiger någon lämplig fyllnadsgrad i intervallet 60-80%. Filtrets fyllnadsgrad kan uppskattas på något lämpligt sätt, t.ex. med hjälp av differentialtrycket enligt ovan, där en viss tryckskillnad representerar viss fyllnadsgrad.

Styrenheten 208 styr även regenereringsförfarandet enligt föreliggande uppfinning, vilket beskrivs mer i detalj nedan.

Allmänt består styrsystem i moderna fordon vanligtvis av ett kommunikationsbussystem bestående av en eller flera kommunikationsbussar för att sammankoppla ett antal elektroniska styrenheter (ECU:er), eller controllers, och olika på fordonet lokaliserade komponenter. Ett dylikt styrsystem kan innefatta ett stort antal styrenheter, och ansvaret för en specifik funktion kan vara uppdelat på fler än en styrenhet.

För enkelhetens skull visas i fig. 2 endast styrenheten 208, men fordon av den visade typen innefattar ofta ett relativt stort antal styrenheter, t.ex. för styrning av motor, växellåda, etc., vilket är välkänt för fackmannen inom teknikområdet.

Föreliggande uppfinning kan implementeras i styrenheten 208, men kan aven implementeras helt eller delvis i en eller flera andra vid fordonet förekommande styrenheter.

Styrenheter av den visade typen år normalt anordnade att ta emot sensorsignaler från olika delar av fordonet, t.ex., såsom visas i fig. 2, nåmnda trycksensor 209 och temperatursensorer 210-212, samt även t.ex. en motorstyrenhet (ej visad). De styrenhetsgenererade styrsignalerna år normalt åven beroende både av signaler från andra styrenheter och signaler från komponenter. T.ex. kan styrenhetens 208 styrning av regenereringen enligt föreliggande uppfinning t.ex. bero av information som t.ex. mottas från motorstyrenheten samt de i fig. 2 visade temperatur-/tryckgivarna.

Styrenheter av den visade typen år vidare vanligtvis anordnade att avge styrsignaler till olika delar och komponenter av fordonet, i föreliggande exempel t.ex. till motorstyrenheten för att begåra/beordra styrning av förbrånningsmotorns förbrånning enligt nedan.

Styrningen styrs ofta av programmerade instruktioner. Dessa programmerade instruktioner utgörs typiskt av ett datorprogram, vilket når det exekveras i en dator eller styrenhet åstadkommer att datorn/styrenheten utför önskad styrning, såsom förfarandesteg enligt föreliggande uppfinning.

Datorprogrammet utgörs vanligtvis av endatorprogramprodukt 109 lagrad på ett digitalt lagringsmedium 121 (se fig. 1b) såsom exempelvis: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read- Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-minne, EEPROM (Electrically Erasable PROM), en hårddiskenhet, etc., i eller i förbindelse med styrenheten och som exekveras av styrenheten. Genom att andra datorprogrammets instruktioner kan således fordonets uppträdande i en specifik situation äflpäSSäS . 11 En exempelstyrenhet (styrenheten 208) visas schematiskt i fig. lb, varvid styrenheten 208 i sin tur kan innefatta en beräkningsenhet 120, vilken kan utgöras av väsentligen någon lämplig typ av processor eller mikrodator, t.ex. en krets för digital signalbehandling (Digital Signal Processor, DSP), eller en krets med en förutbestämd specifik funktion (Application Specific Integrated Circuit, ASIC).

Beräkningsenheten 120 är förbunden med en minnesenhet 121, vilken tillhandahåller beräkningsenheten 120 t.ex. den lagrade programkoden 109 och/eller den lagrade data beräkningsenheten 120 behöver för att kunna utföra beräkningar.

Beräkningsenheten 120 är även anordnad att lagra del- eller slutresultat av beräkningar i minnesenheten 121.

Vidare är styrenheten 208 försedd med anordningar 122, 123, 124, 125 för mottagande respektive sändande av in- respektive utsignaler. Dessa in- respektive utsignaler kan innehålla vågformer, pulser, eller andra attribut, vilka av anordningarna 122, 125 för mottagande av insignaler kan detekteras som information och kan omvandlas till signaler, vilka kan behandlas av beräkningsenheten 120.

Dessa signaler tillhandahålls sedan beräkningsenheten 120.

Anordningarna 123, 124 för sändande av utsignaler är anordnade att omvandla signaler erhållna från beräkningsenheten 120 för skapande av utsignaler genom att t.ex. modulera signalerna, vilka kan överföras till andra delar av fordonets styrsystem och/eller den/de komponenter för vilka signalerna är avsedda.

Var och en av anslutningarna till anordningarna för mottagande respektive sändande av in- respektive utsignaler kan utgöras av en eller flera av en kabel; en databuss, såsom en CAN-buss (Controller Area Network bus), en MOST-buss (Media Orientated Systems Transport), eller någon annan busskonfiguration; eller av en trådlös anslutning. 12 Enligt ovan kan regenerering ske på i huvudsak två olika sätt.

Dels kan regenerering ske genom s.k. syre(O2)-baserad regenerering, även kallad aktiv regenerering. Vid aktiv regenerering sker en kemisk process i huvudsak enligt ekv. 1: C + Og = QO2 + värme (ekv. 1) Således ombildas vid aktiv regenerering kol plus syrgas till koldioxid plus värme. Denna kemiska reaktion ar dock kraftigt temperaturberoende, och erfordrar förhållandevis höga filtertemperaturer för att nämnvärd reaktionshastighet överhuvudtaget ska uppstå. Typiskt krävs en minsta partikelfiltertemperatur på 500°C, men företrädesvis bör filtertemperaturen vara än högre för att regenereringen ska ske med önskad hastighet.

Ofta begränsas dock den maximala temperatur som kan användas vid aktiv regenerering av toleranser för de ingående komponenterna. T.ex. har ofta partikelfiltret 202 och/eller (där sådan förekommer) en efterföljande SCR-katalysator konstruktionsmässiga begränsningar med avseende på den maximala temperatur dessa får utsättas för. Detta medför att den aktiva regenereringen kan ha en komponentmässigt maximalt tillåten temperatur som är oönskat låg. Samtidigt krävs alltså en mycket hög lägsta temperatur för att någon användbar reaktionshastighet över huvud taget ska uppstå. Vid den aktiva regenereringen förbränns sotlasten i partikelfiltret 202 normalt väsentligen fullständigt. Det vill säga att en total regenerering av partikelfiltret erhålles, varefter sotnivån i partikelfiltret är väsentligen 0%.

Idag är det allt vanligare att fordon, förutom partikelfilter 202, även utrustas med SCR-katalysatorer 201, varför den aktiva regenereringen kan medföra problem i form av överhettning för den efterföljande SCR- katalysatorbehandlingsprocessen. l0 l5 13 Åtminstone delvis på grund av denna anledning tillämpar föreliggande uppfinning, istallet för ovan beskrivna aktiva regenerering, N02-baserad (passiv) regenerering. Vid passiv regenerering bildas, enligt ekv. 2 nedan, kväveoxid och koloxid vid en reaktion mellan kol och kvävedioxid: NO2 + C = NO + CO (ekv. 2) Fördelen med passiv regenerering ar att önskade reaktionshastigheter, och därmed den hastighet med vilken filtret töms, uppnås vid lägre temperaturer. Typiskt sker regenerering av partikelfilter vid passiv regenerering vid temperaturer i intervallet 200°C - 500°C, även om temperaturer i den höga delen av intervallet normalt är att föredra.

Oavsett detta utgör således detta, jämfört med vid aktiv regenerering, väsentligt lägre temperaturintervall en stor fördel vid t.ex. förekomst av SCR-katalysatorer, eftersom det inte föreligger någon risk för att en så pass hög temperaturnivå uppnås, att risk för att SCR-katalysatorn skadas föreligger.

I fig. 3 visas ett exempel på regenererings- (sotutbrännings-) hastigheten som funktion av sotmängd i partikelfiltret 202 och för driftsfall vid två olika temperaturer (350°C resp. 450°C).

Regenereringshastigheten exemplifieras även för låg respektive hög koncentration av kvävedioxid. Såsom kan ses i figuren är utbränningshastigheten låg vid låg temperatur (350°C) och låg koncentration av kvävedioxid. Regenereringshastighetens temperaturberoende framgår tydligt av det faktum att utbränningshastigheten är förhållandevis låg även vid hög koncentration av kvävedioxid så länge som filtertemperaturen är låg. Utbränningshastigheter är väsentligt högre vid 450°C även i det fall låg koncentration av kvävedioxid råder, även om höga halter kvävedioxid uppenbart är att föredra. l0 l5 l4 Den passiva regenereringen är dock, förutom att vara beroende av partikelfiltrets temperatur och sotmängd enligt fig. 3, och såsom framgår av ekv. 2 ovan och fig. 3, även beroende av tillgången på kvävedioxid. Normalt utgör dock andelen kvävedioxid (NO2)av den totala mängd kväveoxider (NOX)som genereras vid förbränningsmotorns förbränning endast ca. O - % av den totala mängden kväveoxider. När förbränningsmotorn är hårt belastad kan andelen NO2vara så låg som 2 - 4%. I syfte att erhålla en snabb regenerering av partikelfiltret finns det således en önskan om att andelen kvävedioxid i avgasströmmen är så hög som möjligt vid avgasströmmens inträde i partikelfiltret 202.

Således finns det också en önskan om att öka mängden kvävedioxid NO2i den från förbränningsmotorns förbränning resulterande avgasströmmen. Denna omvandling kan utföras på flera olika sätt, och kan åstadkommas med hjälp av oxidationskatalysatorn 205, där kväveoxid kan oxideras till kvävedioxid.

Oxidation av kväveoxid till kvävedioxid i oxidationskatalysatorn utgör dock också en starkt temperaturberoende process, vilket exemplifieras i fig. 4.

Såsom kan ses i figuren kan, vid gynnsamma temperaturer, andelen kvävedioxid av den totala mängden kväveoxider i avgasströmmen ökas till uppemot 609. Såsom också kan ses i figuren vore det således optimalt med en temperatur i storleksordningen 250°C - 350°C vid den passiva regenereringen för att erhålla en så pass hög oxidation av kväveoxid till kvävedioxid som möjligt.

Såsom har beskrivits i anknytning till ekv. 2 och fig. 3 gäller dock ett helt annat temperaturförhållande för själva utbränningsprocessen. Detta temperaturförhållande visas med streckad linje i fig. 4, och som kan ses är lO l5 l5 reaktionshastigheten i princip obefintlig vid temperaturer understigande en partikelfiltertemperatur på 200-250°. Det ska dock inses att de visade temperaturangivelserna endast utgör exempel, och att verkliga värden kan avvika från dessa.

T.ex. kan det sätt på vilket temperaturerna bestäms/beräknas ha inverkan på temperaturgränserna. Nedan exemplifieras några satt att bestämma filtrets temperatur.

Om fri tillgång på kvävedioxid råder skulle således en så hög filtertemperatur som möjligt vara att föredra. Såsom också kan ses i fig. 4 leder detta dock till låg oxidation av kväveoxid till kvävedioxid. Detta innebar i sin tur att regenereringen kommer begränsas av brist på kvävedioxid. En annan aspekt som ytterligare påvisar svårigheten i att bestämma optimal regenereringstemperatur utgörs av det faktum att den mängd kväveoxid som genereras av motorn vid förbränningen förhåller sig till den resulterande avgastemperaturen på ett sådant sätt att hög kväveoxidhalt ger lägre avgastemperaturer, vilket i sin tur ger låg regenereringshastighet.

Syftet med föreliggande uppfinning är därför att erhålla en tillfredsställande regenereringshastighet vid passiv regenerering. Detta åstadkoms i föreliggande uppfinning genom att växla de sätt på vilket förbränningsmotorn styrs i åtminstone två olika moder. Såsom visas ovan bör man, för att bränna sot på ett så effektivt sätt som möjligt, i första hand ha en hög temperatur. Av den anledning styrs motorn enligt en första mod när partikelfiltertemperaturen understiger ett första värde. I den första moden styrs förbränningsmotorn på ett sådant sätt att en hög eller t.o.m. maximerad avgastemperatur erhålls.

Detta åstadkoms genom att sänka motorns verkningsgrad till en låg nivå, så att en stor del av energin övergår i värme. En låg verkningsgrad åstadkoms genom att bränslet insprutas sent 16 under förbrånningscykeln, efter det att kolven har passerat övre dödpunkt och således är på vag ned. Detta medför att det tillförda bränslet bidrar mindre till att generera vevaxelmoment och istallet i större utsträckning utgör något som endast brinner och därmed alstrar värme.

Insprutningstidpunkten (-vinkeln) kan styras på ett sådant satt att bränslet i princip hinner antändas, men inte bidrar i särskilt stor utsträckning beträffande generering av kraft för framdrivning av fordonet. Vidare styrs motorn mot lågt Å- värde, dvs. mot låg lufttillförsel för att minska den nedkylningseffekt som uppstår när stora mängder luft (högt Ä- värde) används vid förbränningen.

Således kan i den första moden en hög avgastemperatur erhållas, vilken i sin tur kommer att uppvärma efterbehandlingssystemet vid passage genom detta. Den första moden kan bibehållas till dess att filtrets temperatur T uppnår en andra temperaturgräns, t.ex. i storleksordningen 375°C.

Ett exempelförfarande enligt föreliggande uppfinning exemplifieras i fig. 5 och fig. 6. Enligt fig. 6 börjar förfarandet i steg 601, där det bestäms om regenerering ska utföras. Om så är fallet fortsätter förfarandet till steg 602, där förbränningsmotorn styrs enligt nämnda första mod, varvid förfarandet fortsätter till steg 603 där förfarandet kvarstår till dess att partikelfiltrets temperatur T når en temperaturgräns T2. Detta exemplifieras också i fig. 5, där förbränningsmotorn styrs enligt nämnda första mod längs linjen 501 fram till dess att temperaturen uppnått temperaturen Th punkt A. Även om framdrivning av förbränningsmotorn med låg verkningsgrad (hög avgastemperatur) resulterar i låga halter av kväveoxid i avgaserna kommer, såsom visas i fig. 3, regenereringshastigheten (delvis beroende på partikelfiltrets 17 fyllnadsgrad) för fallet med hög temperatur och låg kvävedioxidhalt i allmänhet att bli battre jämfört med fallet med låg temperatur och hög kväveoxidhalt.

Regenereringshastighetens temperaturberoende exemplifieras också i fig. 5 av linjerna 501, 502, vilka indikerar aktuell regenereringshastighet vid en viss NOX-halt i avgaserna.

Avgastemperaturen, och därmed filtertemperaturökningen, beror, förutom motorns verkningsgrad, även av förbränningsmotors aktuella last, varför aven denna kan maximeras. I ekv. 3 beskrivs förbränningsmotorns momentsamband: Mvev=Mínd_Mgas -Mfiikt -M (ekv° agg , där ALM utgör det totala moment som genereras vid förbränningsmotorns förbränning.

Alæflitgör det vridmoment som genereras på vevaxeln, dvs. det resulterande framdrivningsmomentet. Detta moment styrs av aktuella körförhållanden, och utgör således det moment som erhålls när fordonet skall framföras på önskat sätt. Å4@¿utgör gasutväxlingsarbetet, dvs. det bromsande moment förbränningsmotorn utsätts för av motstånd i avgasströmmen.

Detta bromsande moment kan ökas med hjälp av t.ex. en avgasbroms, varvid en strypning av avgasströmmen kommer att resultera i ett bromsande vridmoment. filfimutgör motorfriktionerna vilka är tämligen konstanta och opåverkbara.

Algg utgör det bromsande moment som alstras av de vanligen förekommande fordonsmonterade aggregat som drivs av förbränningsmotorn och därmed tar kraft från fordonets framdrivning. Exempel på sådana aggregat utgörs av kylaggregat etc. Genom att styra dessa aggregat på så sätt att de utövar 18 hög eller maximal belastning på förbränningsmotorn ökas det moment som måste genereras vid förbränningen för att önskat vevaxelmoment A4 och därmed önskad fordonsfart, ska kunna vev f upprätthållas.

Således kan storleken på ALM påverkas dels genom verkningsgraden, men också genom att öka belastningen enligt ovan. Genom att öka Alws samt A4%g (vilka motverkar det framdrivningsmoment som erhålls på A1 kan således V81! ) förbränningsmotorn tvingas att arbeta hårdare, och därmed avge avgaser vid högre temperatur, vilket i sin tur snabbare höjer partikelfiltrets temperatur till temperaturen T2.

När partikelfiltertemperaturen uppnått temperaturen T2 växlas enligt föreliggande uppfinning det sätt på vilket förbränningsmotorn styrs till en andra mod, steg 604 i fig. 6, där förbränningsmotorn styrs på ett sådant sätt att mängden NOX som avges från förbränningen ökar. Såsom förklarats ovan ökar filterregenereringshastigheten med mängden tillgängliga kvävoxider, varför växling till den andra moden kommer att höja filterregenereringshastigheten. Detta åskådliggörs också i fig. 5 med streckad linje 502, där den streckade linjen 502 representerar regenereringshastigheten vid den i den andra moden genererade kväveoxidmängden.

Således kommer regenereringens arbetspunkt vid modväxlingen att förflyttas från den heldragna linjen till den streckade linjen vid modbyte. I det visade exemplet övergår regenereringens arbetspunkt från punkten A till B i fig. 5.

Såsom kan ses innebär detta att regenereringshastigheten kommer att öka till en ännu högre nivå (punkten B).

Regenerering enligt nämnda andra mod kan sedan upprätthållas, steg 605 i fig. 6, till dess att filtertemperaturen sjunkit till nivån T1, t.ex. 300°C, varvid regenereringens arbetspunkt 19 således utgörs av punkten C i diagrammet, där växling åter sker till den första moden, återgång till steg 602 i fig. 6, och därmed heldragna kurvan 501, punkten D, för att på nytt höja filtrets temperatur till punkten A för ny växling till nämnda andra mod och därmed övergång till punkten B.

Temperaturen T1, dvs. den temperatur till vilken filtertemperaturen tillåts sjunka innan återgång till nämnda första mod, kan utgöras av någon lämplig temperatur. T.ex. kan temperaturen T1 vara vald på ett sådant sätt att växling mellan nämnda moder, och därmed växling av motorstyrningsparametrar, inte ska ske allt för ofta. T.ex. kan temperaturen T1 vara vald på ett sådant sätt att modbyte inte ska ske oftare än var 10:e sekund, var 15:e sekund, var 30:e sekund, en gång/minut eller med annat lämpligt intervall.

Temperaturen T1 kan även vara anordnad att bero på aktuell motorbelastning, dvs. temperaturen T1 kan ha ett värde vid hög motorbelastning och ett annat vid låg motorbelastning. Det går även att ha modellbaserad styrning av både temperaturerna T2 och T1, så att endera eller båda dessa temperaturer hela tiden varierar i beroende av parametrar såsom aktuellt behov av framdrivningskraft etc.

Det i fig. 5 visade förfarandet upprepas sedan till dess att regenereringen anses vara avslutad, t.ex. genom att differentialtrycket har sjunkit till önskad nivå, eller att regenereringen av annat skäl bör avbrytas. Detta indikeras även i fig. 6, där väntestegen 603, 605 avbryts när regenereringen är klar varvid förfarandet avslutas i steg 606.

Allmänt gäller att ju högre förbränningens verkningsgrad är, desto högre mängd kväveoxider erhålls. Hög verkningsgrad medför dock lägre avgastemperaturer (lägre förluster), vilket med tiden leder till sänkning av partikelfiltrets temperatur.

Dessutom medför en hög verkningsgrad att stora mängden luft tillförs cylindrarna och därmed avgasströmmen vilket medför en snabbare avkylning av partikelfiltret på grund av den förhållandevis kalla luften. Således bör en avvägning göras vid val av driftpunkt för nämnda andra mod eftersom det inte är säkert att maximal verkningsgrad, med maximal mängd kväveoxider genererade, är den mest optimala lösningen, eftersom en snabb nedkylning erhålls. Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning används därför en arbetspunkt där en jämfört med nämnda första mod en väsentligt högre mängd kväveoxider genereras, men där samtidigt en hög avgastemperaturnivå i möjligaste mån bibehålls. T.ex. kan arbetspunkten vid nämnda andra mod vara anordnad att generera 50-400% mer kväveoxider jämfört med vid arbete i nämnda första mod.

Den vid ovan beskrivna reglering använda filtertemperaturen kan bestämmas på olika sätt. I den i fig. 2 visade utföringsformen är en första temperatursensor 210 anordnad uppströms oxidationskatalysatorn 205. En andra temperatursensor 211 är anordnad nedströms oxidationskatalysatorn (uppströms partikelfiltret) och en tredje temperatursensor 212 är anordnad nedströms partikelfiltret 202. Filtertemperaturen kan t.ex. bestämmas genom att bestämma medelvärdet av de av temperatursensorerna 211, 212 bestämda temperaturerna. Alternativt kan enbart temperaturen från sensorn 211 eller 212 användas. Likaså kan någon annan lämplig temperatursensor användas, såsom temperatursensorn 210, vilken tillsammans med en modell över efterbehandlingssystemet, tillsammans med t.ex. aktuellt avgasflöde, beräkna en filtertemperatur.

Föreliggande uppfinning har ovan exemplifierats i anknytning till fordon. Uppfinningen är dock även tillämplig vid godtyckliga farkoster där avgasreningssystem enligt ovan är 21 tillämpliga, såsom t.ex. vatten- eller luftfarkoster med förbrännings-/regenereringsprocesser enligt ovan.

Claims (19)

10 15 20 25 30 22 P A T E N T K R A V

1. Förfarande för regenerering av ett partikelfilter (202) vid en förbränningsprocess, varvid nämnda partikelfilter (202) är inrättat för behandling av avgaser resulterande från en förbränning vid en förbränningsmotor (101), varvid nämnda förfarande innefattar att: - vid nämnda regenereringsförfarande, styra nämnda förbränningsmotor (101) enligt en första mod respektive en andra mod, där i nämnda första mod förbränningsmotorn (101) styrs på ett sådant sätt att en hög avgastemperatur genereras, varvid förfarandet vidare innefattar att: - bestämma en temperatur för nämnda partikelfilter (202), och - styra nämnda förbränningsmotor (101) enligt nämnda första mod när nämnda bestämda temperatur understiger ett första värde.

2. Förfarande enligt krav l, varvid i nämnda andra mod förbränningsmotorn (101) styrs på ett sådant sätt att en jämfört med nämnda första mod väsentligt högre mängd kväveoxider avges.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, varvid nämnda förbränningsmotor (101) styrs enligt nämnda första mod till dess att nämnda bestämda temperatur uppnår ett andra, jämfört med nämnda första värde högre, värde, varvid styrning av nämnda förbränningsmotor (101) övergår till styrning enligt nämnda andra mod.

4. Förfarande enligt krav 3, varvid nämnda andra värde utgör en tillämplig temperatur överstigande 250°C.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid nämnda första värde utgör en tillämplig temperatur understigande 500°C. 10 15 20 25 30 23

6. Förfarande enligt något av föregående krav, vidare innefattande att, när nämnda bestämda temperatur har uppnått nämnda andra värde och styrning av nämnda förbränningsmotor (101) övergått till styrning enligt nämnda andra mod, styra nämnda förbränningsmotor (101) enligt nämnda andra mod till dess att nämnda bestämda temperatur sjunkit till nämnda första värde, varvid styrning av nämnda förbränningsmotor (101) åter övergår till styrning enligt nämnda första mod.

7. Förfarande enligt krav 6, varvid nämnda första och/eller andra värde ändras baserat på aktuell motorbelastning.

8. Förfarande enligt något av kraven 1-5, vidare innefattande att, när nämnda bestämda temperatur har uppnått nämnda andra värde och styrning av nämnda förbränningsmotor (101) övergått till styrning enligt nämnda andra mod, styra nämnda förbränningsmotor (101) enligt nämnda andra mod under en första tid, varvid, när nämnda första tid förflutit, styrning av nämnda förbränningsmotor (101) åter övergår till styrning enligt nämnda första mod.

9. Förfarande enligt något av kraven 6-8, varvid nämnda modbyten upprepas till dess att nämnda partikelfilter (202) regenererats till önskad nivå, eller att regenereringen av annan anledning avbryts.

10. Förfarande enligt krav 9, varvid nämnda partikelfilter (202) har regenererats till önskad nivå när ett differentialtryck över partikelfiltret (202) har sjunkit till önskad nivå.

11. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid i nämnda första mod förbränningsmotorn (101) styrs på ett sådant sätt att en väsentligen maximerad avgastemperatur erhålls.

12. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid i nämnda första mod förbränningsmotorns (101) verkningsgrad 10 15 20 25 30 24 sänks till en låg nivå, så att en större del av energin övergår till värme.

13. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid, åtminstone i nämnda första mod, förbränningsmotorns (101) belastning ökas genom ökning av en eller flera ur gruppen: - ett gasutväxlingsarbete Ål gas f - ett bromsande moment Algg alstrat av fordonsmonterade aggregat.

14. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid i nämnda andra mod åtminstone 50% högre halt kväveoxider genereras jämfört med vid arbete i nämnda första mod.

15. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid nämnda första respektive andra temperatur bestäms med en eller flera temperatursensorer (210-212) anordnade i eller i närheten av nämnda partikelfilter (202).

16. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid nämnda första respektive andra temperatur bestäms med hjälp av en i avgasflödet anordnad temperatursensor (210-212) tillsammans med en modell över nämnda avgasbehandling.

17. System för regenerering av ett partikelfilter (202) vid en förbränningsprocess, varvid nämnda partikelfilter (202) är inrättat för behandling av avgaser resulterande från en förbränning vid en förbränningsmotor (101), varvid systemet är anordnat att styra nämnda förbränningsmotor (101) enligt åtminstone en första mod och en andra mod, där i nämnda första mod förbränningsmotorn (101) styrs på ett sådant sätt att en hög avgastemperatur genereras, varvid systemet vidare innefattar: - bestämningsorgan för bestämning av en temperatur för nämnda partikelfilter (202), och - styrorgan för styrning av nämnda förbränningsmotor (101) 25 enligt nämnda första mod när nämnda bestämda temperatur understiger ett första värde.

18. System enligt krav 17, varvid en oxidationskatalysator är anordnad uppstroms nämnda partikelfilter (202).

19. Fordon (100), kännetecknat av att det innefattar ett system enligt krav 17 eller 18.