SE535154C2 - Förfarande och system för avgasrening - Google Patents

Description

535 154 Vidare kan efterbehandlingssystem, alternativt eller i kombination med en eller flera katalysatorer, innefatta andra komponenter, såsom t.ex. partikelfilter. Det förekommer även partikelfilter och katalysatorer som är integrerade med varandra.

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 adderas bränsle till avgaserna, vilket är avsett att brinna upp i en oxidationskatalysator anordnad uppströms från partikelfiltret.

Vid aktiv regenerering omvandlas kol med hjälp av syre till koldioxid samt värme.

Denna kemiska reaktion erfordrar förhållandevis höga partikelfiltertemperaturer för att önskad reaktionshastighet (tömnings-hastighet) 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 535 154 med vilken filtret töms, kan uppnås vid betydligt lägre temperaturer.

Partikelfiltret är mycket tätt, vilket gör att en mycket stor andel av partiklarna som når partikelfiltret fastnar i det.

Partiklarna som når partikelfiltret består till den allra största delen av sotpartiklar som bildats vid förbränningen i motorn. Från denna förbränning följer dock även med rester av olja. Dessa oljerester innehåller även en låg halt aska.

Typiskt innehåller oljeresterna cirka 0.5-2% aska, där denna aska till största delen består av magnesiumsulfat.

Aska kan inte förbrännas genom till exempel regenerering av partikelfiltret, den kommer istället att ackumuleras i partikelfiltret. Alla partiklar vilka ackumuleras i partikelfiltret bidrar till ett ökat tryckfall över partikelfiltret, vilket orsakar en ökad bränsleförbrukning.

Dessutom beror mängden aska som avlagras av flera eventuellt kraftigt varierande parametrar, såsom till exempel kondition hos motor och/eller avgasreningssystem, vilket gör att det är mycket svårt att förutsäga hur stor asknivån i partikelfiltret kommer att vara vid en bestämd tidpunkt. Vidare kan asknivån i partikelfiltret normalt sett inte enkelt bestämmas med hjälp av tryckfallsmätning över partikelfiltret, eftersom det inte går att avgöra hur stor del av tryckfallet som orsakas av sotlasten respektive askavlagringen.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla ett förfarande för skattning av en asknivå i ett partikelfilter. Detta syfte uppnås genom ovan nämnda förfarande enligt den kännetecknande delen av patentkrav 1.

Syftet uppnås även genom ovan nämnda system enligt den kännetecknande delen av patentkrav 19. Detta syfte uppnås även 535 154 av det ovan nämnda datorprogrammet och det ovan nämnda fordonet.

Föreliggande uppfinning löser problemet med osäkerhet kring hur stor del av mottrycket i partikelfiltret som orsakas av soten däri och hur stor del som orsakas av askan däri. Då soten utgör den allra största delen av avlagringarna i partikelfiltret är det svårt att uppskatta hur mycket aska partikelfiltret innehåller.

Uppfinningen utnyttjar att en mätning av aska är möjlig om partikelfiltret är väsentligen helt tomt på sot, eftersom mottrycket i partikelfiltret, det vill säga tryckfallet över partikelfiltret, under en begränsad tid då partikelfiltret inte innehåller någon sot i huvudsak beror av askan i filtret.

Föreliggande uppfinning utnyttjar detta till att vid en lämplig tidpunkt initiera en total regenerering av partikelfiltret, varvid partikelfiltret blir väsentligen rent från sot, och att därefter initiera en skattning av asknivån i filtret. Därigenom säkerställs att ett tillförlitligt och korrekt värde för mängden aska i partikelfiltret kan skattas, vilket ger en robustare skattning och ett robustare avgasreningssystem. Föreliggande uppfinning bestämmer denna lämpliga tidpunkt som en tidpunkt då en partiell regenerering har misslyckats en förutbestämt antal gånger.

Härvid kan man vid normal drift av fordonet övervaka hur lyckosamma de partiella regenereringarna är, och om de ett förutbestämt antal gånger inte är lyckosamma initieras enligt föreliggande uppfinning en asknivàskattning i partikelfiltret, vilken föregås av en totalregenerering av sotet i partikelfiltret.

Genom utnyttjande av föreliggande uppfinning undviks att höga asknivåer avlagras i partikelfiltret utan att fordonets styrsystem är medvetet om askan. Detta gör att 535 154 bränsleförbrukningen kan övervakas och styras, eftersom ökat mottryck i partikelfiltret ökar bränsleförbrukningen.

Att enligt föreliggande uppfinning kontinuerligt övervaka möjlig ackumulering av aska i partikelfiltret gör att lämplig tidpunkt för filterservice kan bestämmas, vilket annars är mycket svårt beroende på olika askinnehàll i olika oljor, möjliga oljeläckage via turbon, och olika generella egenskaper för olika motorer. Att exakt kunna bestämma lämplig tidpunkt för filterservice är ekonomiskt fördelaktigt, då sådan service innebär dels betydande servicekostnader och också driftsavbrott för fordonet. Att dessutom kunna sköta denna kontinuerliga övervakning under drift av fordonet är förstås mycket önskvärt eftersom detta minimerar antalet driftsavbrott för fordonet.

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.

Pig. 3a visar ett exempel på sotlast och regenerering av ett partikelfilter.

Fig. 3b visar ett exempel på sotlast och regenerering av ett partikelfilter. 535 154 Fig. 4 visar ett flödesschema för ett förfarande enligt uppfinningen.

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 på 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 slutväxel 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 cylíndrarnas 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 202 via en oxidationskatalysator (Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 205. 535 154 Vidare innefattar efterbehandlingssystemet en nedströms om partikelfiltret 202 (Diesel Particulate Filter, DPF) anordnad SCR-katalysator 201 (Selective Catalytic Reduction) . SCR- katalysatorer använder ammoniak (NH3), eller en sammansättning ur vilken ammoniak kan genereras/bildas, som tillsatsmedel för reduktion av mängden kväveoxider NO” 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 av avgasreninssystemet 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 535 154 sätt där så finnes lämpligt. Till exempel 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 avgasreningssystemuppsättningen är vanligt förekommande vid tunga fordon, åtminstone i jurisdiktioner där högre 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 avgasreningssystemet således inte innefattar någon DOC 205.

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 535 154 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 pà något lämpligt sätt, t.ex. med hjälp av differentialtrycket enligt ovan, där en viss tryckskillnad representerar viss fyllnadsgrad. 535 154 Styrenheten 208 styr även skattningen av asknivån i partikelfiltret 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 alltså implementeras i styrenheten 208, men kan även implementeras helt eller delvis i en eller flera andra vid fordonet förekommande styrenheter.

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

Styrenheter av den visade typen är vidare vanligtvis anordnade att avge styrsignaler till olika delar och komponenter av 535 154 ll fordonet, i föreliggande exempel till exempel till motorstyrenheten för att begära/beordra styrning av förbränningsmotorns förbränning enligt nedan.

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

Datorprogrammet utgör vanligtvis av en datorprogramprodukt 109 lagrad pà ett digitalt lagringsmedium 121 (se figur lb) 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 ändra datorprogrammets instruktioner kan således fordonets uppträdande i en specifik situation anpassas.

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 535 154 12 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.

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. l: C + 02 = C02 + värme (ekv. l) Således ombildas vid aktiv regenerering kol plus syrgas till koldioxid plus värme. Denna kemiska reaktion är 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 535 'l54 13 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. Åtminstone delvis på grund av denna anledning tillämpar föreliggande uppfinning, istället 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: N02 + C = NO + CO (ekv. 2) Fördelen med passiv regenerering är 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 lO 535 154 14 inte föreligger någon risk för att en så pass hög temperaturnivå uppnås, att risk för att SCR-katalysatorn skadas föreligger.

Dock är det svårt och bränsleekonomiskt ogynnsamt att förbränna allt sot i partikelfiltret 202 vid den passiva regenereringen, eftersom reaktionshastigheten för ekvation 2 ovan, det vill säga reaktionshastigheten mellan kvävedioxid och sot, avtar avsevärt med minskande mängd sot i partikelfiltret 202. Därför utnyttjas här en partiell regenerering av partikelfiltret 202. Den passiva partiella regenereringen kan övervakas och styras så att den avbryts när en önskad sotlast för filtret nåtts.

I ett avgasreningssystem utnyttjande passiv regenerering kommer således sotlasten övervakas, och om sotlasten överstiger ett maximalt tillåtet värde kommer en passiv partiell regenerering att utföras.

Det maximalt tillåtna värdet för sotlasten kan här, såsom beskrivits ovan, motsvara en sotlast inom intervallet 60%-80%, av ett värde motsvarande en maximalt möjlig sotlast i partikelfiltret 202. Enligt en utföringsform av uppfinningen motsvarar det maximalt tillåtna värdet för sotlasten en sotlast om cirka 70% av ett värde motsvarande en maximalt möjlig sotlast for partikelfiltret 202.

Alltså kommer, när sotlasten når detta maximalt tillåtna värde, en partiell regenerering av partikelfiltret 202 utföras. Denna partiella regenerering kommer sedan att avbrytas när sotlasten minskats från det maximalt tillåtna värdet till ett önskat regenererat värde. Det önskade regenererade värdet för sotlasten kan här motsvara en sotlast inom intervallet 30%-50% av en maximalt möjlig sotlast för partikelfiltret 202. Enligt en utföringsform motsvarar det 535 154 önskade regenererade värdet för sotlasten en sotlast om cirka 40% av denna maximalt möjliga sotlast.

Detta visas schematiskt i figur 3a, där sotlasten 300 i ett partikelfilter 202 visas över tid. Med sotlasten skall här och i detta dokument förstås den last som systemet tror utgörs av sot baserat på ett tryckfall över partikelfiltret 202. Sàsom kommer att beskrivas nedan kan även andra partiklar än sot bidra till denna sotlast 300. Figur 3a är endast avsedd att visa principen för ökning (ackumulering) och minskning (regenerering) av sotlast i partikelfiltret, och baseras inte på verkliga värden. När ett partikelfilter 202 inte har någon sotlast, det vill säga är helt rent från sot och andra partiklar har det en sotlast motsvarande en nollnivà 301. Om partikelfiltret är helt fullt av sot har det en sotlastnivå motsvarande en maximalt möjlig sotlast 302.

När ett partikelfilter 202 börjar användas ökar sotlasten från nollnivån 301 i och med att sotavlagring i partikelfiltret förekommer. Vid en passiv regenerering, vilken utnyttjas av föreliggande uppfinning, övervakar man nivån på sotlasten 300.

När sotlasten 300 når en nivå motsvarande ett maximalt tillåtet värde 304, utförs enligt ovan en partiell regenerering, vilken minskar sotlasten 300 till en önskad regenererad nivå 303. Enligt en utföringsform av uppfinningen bestäms detta maximalt tillåtna värde 304 baserat på ett maximalt tillåtet tryckfall över partikelfiltret 202, där det maximalt tillåtna tryckfallet bestäms baserat på en maximalt tillåten ökning i bränsleförbrukning. Bränsleförbrukningen ökar som bekant med ökande tryckfall över partikelfiltret 202.

När sotlasten 300 når denna önskade regenererade nivå 303 avbryts den partiella regenereringen och sotlasten 300 tillåts återigen stiga mot den maximalt tillåtna sotlastnivån 304. lO 535 154 16 Detta förfarande upprepas såsom visas i figur 3a, där fyra sådana cykler åskådliggörs schematiskt.

Såsom visas i figur 3a pågår vardera partiella regenereringen under en viss tidsperiod, tl-t4, där dessa tidsperioder tl-t4 kan vara väsentligen lika långa, eller kan ha olika längd.

I figur 3b visas schematiskt en problematisk situation för partikelfiltret. Här ökar sotlasten normalt när partikelfiltret börjar användas från nollnivån 301 för sotlasten till en maximalt tillåten nivå 304 för sotlasten, varvid en partiell regenerering initieras, vilken varar under en tidsperiod tl. I detta exempel, vilket är avsett för att principiellt illustrera ett problem och lösningen enligt föreliggande uppfinning, minskas sotlasten medelst denna partiella regenerering till en önskad regenererad nivå 303, varvid regenereringen avbryts och sotlasten 300 återigen ökar mot den maximalt tillåtna nivån 304. En sådan pendling mellan den maximalt tillåtna nivån 304 och den önskade regenererade nivån 303 kan, vilket förstås av en fackman, förekomma ett godtyckligt antal gånger innan problemet vilket beskrivs i det följande uppstår.

När sotlasten återigen når den maximalt tillåtna nivån 304 startas återigen en partiell regenerering, vilken minskar sotlasten. Emellertid kan denna partiella regenerering misslyckas med att återföra sotlastnivån 300 till den önskade regenererade nivån 303, och endast nå en nivå 305 motsvarande en misslyckad partiell regenerering, vilket visas i figur 3b.

Denna nivå för en misslyckad partiell regenerering ligger någonstans mellan nivån för den maximalt tillåtna sotlasten 304 och nivån för den önskade regenererade sotlasten 303.

Efter att en förutbestämd tidsperiod tg har förflutit avbryts lO 535 '154 17 den partiella regenereringen och sotlastnivån 300 tillåts att stiga mot den maximalt tillåtna nivån 304.

När sotlastnivån 300 under den förutbestämda tiden tg inte lyckas nå ner till den önskade regenererade nivån 303 försöker systemet att analysera orsaken till detta. Denna analys utnyttjar typiskt ett tryckfall över partikelfiltret för att bestämma sotlasten i partikelfiltret. Emellertid kan, såsom beskrivits ovan, även andra partiklar än sot, såsom aska, orsaka tryckfallet, och därigenom bidra till det som systemet tror utgör sotlasten, varför det är mycket svårt att avgöra om det är närvaro av sot och/eller aska i partikelfiltret som gjort att den partiella regenereringen har misslyckats.

Detta problem löses av föreliggande uppfinning, vilken skattar asknivån i partikelfiltret 202 genom utnyttjande av ett tryckfall över partikelfiltret 202 då partikelfiltret 202 är väsentligen fritt från sot. Föreliggande uppfinning bestämmer när denna skattning av asknivån skall utföras och förbereder partikelfiltret 202 för denna asknivåskattning medelst tryckfall över partikelfiltret 202.

Enligt uppfinningen utförs en total regenerering av partikelfiltret 202 om den partiella regenereringen misslyckas ett förutbestämt antal gånger. Denna totala regenerering resulterar i att partikelfiltret 202 därefter är väsentligen fritt från sot, det vill säga att sotlasten 300 då har nått nära nollnivån 301. Efter denna totala regenerering utförs skattningen av asknivån, vilken då kan utföras genom utnyttjande av tryckfallet över partikelfiltret 202, eftersom systemet då vet att partikelfiltret 202 är väsentligen fritt från sot och att tryckfallet då väsentligen orsakas av askan i partikelfiltret 202. 535 154 18 Detta exemplifieras i figur 3b, i vilken sotlasten 300 vid den partiella regenereringen under den förutbestämda tiden tz en första gång misslyckas med att nå den önskade regenererade nivån 303, och istället bara när ner till nivån 305 för en misslyckad partiell regenerering. Sotlasten 300 når sedan vid den partiella regenereringen under den förutbestämda tiden tg återigen bara når ner till nivån 305 för en misslyckad partiell regenerering, det vill säga den partiella regenereringen misslyckas en andra gång. Vidare når sotlasten 300 vid den partiella regenereringen under den förutbestämda tiden t4 återigen bara ner till nivån 305 för en misslyckad partiell regenerering, det vill säga den partiella regenereringen misslyckas en tredje gång.

I detta exempel utgörs det förutbestämda antalet misslyckade partiella regenereringar av tre misslyckade regenereringar, men enligt olika utföringsformer av uppfinningen kan detta förutbestämda antal ligga inom intervallet 1 till 10 gånger, och företrädesvis inom intervallet 1-3 gånger. Enligt en utföringsform utgörs detta förutbestämda antal av 2 gånger.

Det ovanstående kan implementeras så att antalet misslyckade partiella regenereringar räknas med hjälp av en räknare, vilken räknas upp varje gång en förutbestämd tidsperiod t1-t4 löper ut innan den önskade regenererade sotlastnivån 303 har nåtts. Denna räknare nollställs om en partiell regenerering lyckas nå den önskade regenererade sotlastnivån 303 inom en förutbestämd tidsperiod tl-tr I exemplet visat i figur 3b utförs sedan en total regenerering under tidsperioden ts, vilken gör partikelfiltret 202 väsentligen fritt från sot, så att sotlasten når en ask- relaterad nivà 310, vilken ligger relativt nära nollnivån 301.

Eftersom partikelfiltret 202 efter denna totala regenerering kan antas vara väsentligen fritt från sot kan då skillnaden 535 154 19 mellan den ask-relaterade nivån 310 för sotlasten, vilken ligger relativt nära nollnivån 301, och nollnivàn 301 anses bero av aska i partikelfiltret 202. Därför skattas asknivàn i partikelfiltret 202 efter att denna totala regenerering utförts av partikelfiltret 202, det vill säga efter tidsperioden t5 i detta exempel.

Efter att en total regenerering har utförts beror mottrycket i partikelfiltret 202, det vill säga tryckfallet över partikelfiltret 202, av askan som är avlagrad i filtret och som inte kan förbrännas medelst regenerering. Därför ger förfarandet enligt uppfinningen ett sätt att erhålla ett tillförlitligt mått på mängden aska i partikelfiltret 202.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning anses en partiell regenerering som misslyckad om den partiella regenereringen under en förutbestämd tidsperiod misslyckas med att minska sotlasten 300 till det önskade regenererade värdet 303. Alltså utgörs tidsperioderna tg-t4 här av förutbestämda tidsperioder. Sådana förutbestämda tidsperioder kan ligga i intervallet 20 minuter till l0 timmar, och företrädesvis inom intervallet 2 timmar till 4 timmar. Enligt en utföringsform är dessa förutbestämda tidsperioder cirka 3 timmar långa.

Enligt en annan utföringsform av föreliggande uppfinning utnyttjas istället åtminstone två modellerade sotlaster, där en första modellerad sotlast beräknas baserat på ett tryckfall över partikelfiltret 202, och en andra kemiskt modellerad sotlast beräknas baserat pà en temperatur för partikelfiltret 202, ett flöde av kväveoxider (NOK), och ett sotflöde ut motorn 101. Här anses sedan den partiella regenereringen som misslyckad om den första modellerade sotlasten ger ett högre värde för sotlasten än den andra kemiskt modellerade sotlasten ger. lO 535 154 Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning utgörs den totala regenereringen av en parkerad regenerering, där denna parkerade regenerering initieras av en förare till fordonet.

Vid en sådan parkerad regenerering stannar föraren fordonet och aktiverar sedan den totala regenereringen, vilken typiskt sker vid temperaturer i intervallet 450°C till 600°C, alltså vid högre temperaturer än den partiella regenereringen. Denna totala regenerering bränner då ur väsentligen all sot ur partikelfiltret 202, så att en korrekt uppskattning av asknivån i partikelfiltret därefter kan utföras.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen utgörs den totala regenereringen av en regenerering under drift. Det vill säga att den totala regenereringen utförs samtidigt som fordonet framförs av föraren.

Figur 4 visar ett flödesschema för förfarandet enligt uppfinningen. I ett första steg 401 begärs en partiell regenerering då sotlasten i partikelfiltret 202 når en maximalt tillåten nivå 304. I ett andra steg 402 utförs denna partiella regenerering. I ett tredje steg 403 utvärderas om denna partiella regenerering varit lyckosam, antingen medelst användning av modeller av sotlaster, eller medelst övervakning av om sotlasten når till en önskad regenererad sotlast 303 under en förutbestämd tidsperiod. Om den partiella regenereringen lyckas nollställs i ett nollställningssteg 409 en räknare för misslyckade partiella regenereringar och förfarandet går tillbaka till det första steget 401. Om den partiella regenereringen misslyckas går förfarandet vidare till ett fjärde steg 404, i vilket en räknare räknas upp.

I ett femte steg 405 kontrolleras sedan om antalet misslyckade regenereringar överstiger ett förutbestämt antal, det vill säga räknarvärdet jämförs med det förutbestämda antalet. Om antalet är mindre än det förutbestämda antalet går förfarandet 535 154 21 tillbaka till det första steget 401. Om antalet är större än det förutbestämda antalet går förfarandet vidare till ett sjätte steg 406, i vilket en total regenerering utförs. Sedan går förfarandet över i ett sjunde steg 407 i vilket asknivån skattas.

Vidare hänför sig föreliggande uppfinning till ett system anordnat för att utföra skattning av asknivå i ett partikelfilter 202. Systemet enligt uppfinningen innefattar initieringsorgan anordnat att initiera en total regenerering av nämnda partikelfilter om den partiella regenereringen misslyckas ett förutbestämt antal gånger. Initieringsorganet är anordnat att sedan initiera en skattning av asknivån i partikelfilter 202, efter det att partikelfiltret gjorts väsentligen rent från sot genom den totala regenereringen.

Systemet är vidare anordnat att innefatta organ för utförande av de ovan beskrivna olika utföringsformerna av förfarandet enligt uppfinningen.

Vidare hänför sig uppfinningen till ett fordon enligt figur la, vilket innefattar ett partikelfilter 202 och ett system enligt uppfinningen, vilket är anordnat att utföra en skattning av en asknivå i partikelfiltret genom förfarandet enligt uppfinningen.

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

Claims (20)

10 15 20 25 535 154 22 P A T E N T K R A V

1. Förfarande för skattning av en asknivà i ett partikelfilter (202) i ett avgasreningssystem (200), varvid - en partiell regenerering av nämnda partikelfilter (202) utförs då en sotlast för nämnda partikelfilter (202) överstiger ett maximalt tillåtet värde, där nämnda partiella regenerering ämnar minska nämnda sotlast till ett önskat regenererat värde; och - nämnda skattning av nämnda asknivå utnyttjar ett tryckfall över nämnda partikelfilter (202) då nämnda partikelfilter (202) är väsentligen fritt från sot för att bestämma nämnda asknivá, kännetecknat av att, om nämnda partiella regenerering misslyckas ett förutbestämt antal gånger, inom intervallet l till 10 gånger, utförs: - en total regenerering av nämnda partikelfilter (202), vilken resulterar i att nämnda partikelfilter (202) är väsentligen fritt från sot; och därefter - nämnda skattning av nämnda asknivä.

2. Förfarande enligt patentkrav l, varvid en partiell regenerering anses som misslyckad om nämnda partiella regenerering under en förutbestämd tidsperiod misslyckas med att minska nämnda sotlast till nämnda önskade regenererade värde.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, varvid nämnda förutbestämda tidsperiod motsvarar en tid inom intervallet 20 minuter till 10 timmar, och företrädesvis inom intervallet 2 timmar till 4 timmar.

4. Förfarande enligt patentkrav 3, varvid nämnda förutbestämda tidsperiod motsvarar cirka 3 timmar. 10 15 20 25 30 535 154 23

5. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid en partiell regenerering anses som misslyckad om en första modellerad sotlast ger ett högre värde för sotlasten än en andra kemiskt modellerad sotlast ger, där: - nämnda första modellerade sotlast beräknas baserat på ett tryckfall över nämnda partikelfilter (202), och - nämnda andra kemiskt modellerade sotlast beräknas baserat på en temperatur för nämnda partikelfilter (202), ett flöde kväveoxider (NOK), och ett sotflöde ut ur en motor (101) ansluten till nämnda avgasreningssystem (200).

6. Förfarande enligt något av patentkrav l-5, varvid nämnda förutbestämda antal gånger ligger inom intervallet 1 till 3 gånger.

7. Förfarande enligt patentkrav 6, varvid nämnda förutbestämda antal gånger är 2 gånger.

8. Förfarande enligt något av patentkrav 1-7, varvid nämnda totala regenerering utgörs av en parkerad regenerering.

9. Förfarande enligt patentkrav 8, varvid nämnda parkerade regenerering initieras av en förare av ett fordon (100) innefattande nämnda avgasreningssystem (200), där - fordonet (100) stannas av föraren, och - regenereringen är anordnad att aktiveras av föraren när fordonet (100) står still.

10. Förfarande enligt något av patentkrav 1-7, varvid nämnda totala regenerering utgörs av en regenerering under ßrift av ett fordon (100) innefattande nämnda avgasreningssystem (200).

11. Förfarande enligt något av patentkrav l-10, varvid nämnda maximalt tillåtna värde för nämnda sotlast bestäms baserat på ett maximalt tillåtet tryckfall över nämnda pärtikelfilter (202). 10 15 20 25 535 154 24

12. Förfarande enligt patentkrav 11, varvid nämnda maximalt tillåtna tryckfall bestäms baserat på en maximalt tillåten ökning i bränsleförbrukning, där nämnda ökning orsakas av nämnda tryckfall över nämnda partikelfilter (202).

13. Förfarande enligt något av patentkrav 11-12, varvid nämnda maximalt tillåtna värde för nämnda sotlast motsvarar ett värde inom ett intervall av 60%-80% av ett värde motsvarande en maximalt möjlig sotlast.

14. Förfarande enligt patentkrav 13, varvid nämnda maximalt tillåtna värde för nämnda sotlast motsvarar cirka 70% av ett värde motsvarande en maximalt möjlig sotlast.

15. Förfarande enligt något av patentkrav 1-14, varvid nämnda önskade regenererade värde för nämnda sotlast motsvarar ett värde inom ett intervall av 30%-50% av ett värde motsvarande en maximalt möjlig sotlast.

16. Förfarande enligt patentkrav 15, varvid nämnda önskade regenererade värde för nämnda sotlast motsvarar cirka 40% av ett värde motsvarande en maximalt möjlig sotlast.

17. Datorprogram innefattande programkod, vilket när nämnda programkod exekveras i en dator åstadkommer att nämnda dator utför förfarandet enligt något av patentkrav 1-16.

18. Datorprogramprodukt innefattande ett datorläsbart medium och ett datorprogram enligt patentkrav 17, varvid nämnda datorprogram är innefattat i nämnda datorläsbara medium tillhörande något ur gruppen innefattande: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), Flash-minne, EEPROM (Electrically EPROM) och hàrddiskenhet.

19. System anordnat för att utföra en skattning av en asknivå i ett partikelfilter (202) i ett avgasreningssystem (200), 10 15 20 535 154 25 varvid nämnda system innefattar - regenereringsorgan anordnat att utföra en partiell regenerering av nämnda partikelfilter (202) då en sotlast för nämnda partikelfilter (202) överstiger ett maximalt tillåtet värde, där nämnda partiella regenerering ämnar minska nämnda sotlast till ett önskat regenererat värde; och - skattningsorgan anordnat att för nämnda skattning av nämnda asknivå utnyttja ett tryckfall över nämnda partikelfilter (202) då nämnda partikelfilter (202) är väsentligen fritt från sot, kännetecknat av att nämnda system innefattar initieringsorgan anordnat att, om nämnda partiella regenerering misslyckas ett förutbestämt antal gånger, inom intervallet 1 till 10 gånger, initiera: - en total regenerering av nämnda partikelfilter (202), vilken resulterar i att nämnda partikelfilter (202) är väsentligen fritt från sot; och därefter - nämnda skattning av nämnda asknivå.

20. Fordon (100), kännetecknat av att nämnda fordon (100) innefattar: - ett partikelfilter (202); och - ett system enligt patentkrav 19, vilket är anordnat att utföra en skattning av en asknivå i nämnda partikelfilter (202).