WO2012127044A1 - Verfahren und vorrichtung zur dosierung des additivs zur regenerierung eines dieselpartikelfilters - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur dosierung des additivs zur regenerierung eines dieselpartikelfilters Download PDF

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additive
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Uwe Brenneis
Andreas Kloss
Martin SCHÖNUNG
Johannes KUNTZ
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Mann+Hummel Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for metering an additive for a regeneration process and determining a start time of a regeneration process of a particulate filter activated in the exhaust gas line of an internal combustion engine, in particular a diesel engine.
  • the invention further relates to a system for particle filtration for an internal combustion engine, in particular a diesel engine.
  • the invention further relates to a method for retrofitting an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with a system for particle filtration.
  • particulate filters are switched on in the exhaust gas line of diesel engines in order to reduce particulate emissions, in particular soot ejection.
  • the particles collect on the filter surface of the particulate filter or in its filter medium.
  • Rußabbrand occurs automatically when the exhaust gas flowing to the particulate filter is higher than the ignition temperature of the soot.
  • fuel additives may be used. By the addition of such additives at a temperature below the Rußzündtemperatur, but above the Rußzündtemperatur with additives so can also be an ignition.
  • the exhaust gas temperature usually exceeds the Rußzündtemperatur or this with the addition of additives, when the diesel engine over a certain period of time under a certain load operates.
  • active regeneration processes are used. This is done by supplying thermal energy, such as via thermoelectric heating elements or by injecting fuel into the exhaust stream.
  • filter elements for example, sintered metal filter or ceramic filter elements, for example based on silicon carbide, cordierite or aluminum titanate, an upper and a lower limit for the soot loading between which a regeneration runs optimally.
  • the soot loading must therefore be monitored and as soon as the application is in the optimal "soot window", a suitable time must be determined to ignite the regeneration.
  • the fuel content in the tank is often measured via the fuel gauge. With the measured amount of fuel, the required amount of additive is calculated and metered by a metering pump in the fuel tank.
  • the patent EP 1 509 691 B1 describes the start of a regeneration depending on the soot loading on the filter.
  • the pressure difference in the exhaust aftertreatment system before and after the particulate filter is determined.
  • a theoretical particle loading is calculated and the loading state of the particle filter is determined from the comparison of the theoretical particle loading with the particle charge measured from the pressure difference, the exhaust gas temperature minus an evaluation threshold being integrated over a predetermined time to calculate the theoretical particle load.
  • An additive is added to the fuel when the loading condition of the particulate filter has exceeded a certain threshold. The amount of added additive can be done depending on the concentration of the additive in the tank.
  • the patent EP 1 583 892 B1 describes a method for controlling the activation of a heating device for regenerating a particle filter which is switched into the exhaust gas line of an internal combustion engine.
  • the by the Particulate filter detected exhaust back pressure detected as a measure of the soot load condition of the particulate filter and the exhaust back pressure is measured when the engine is idling and the exhaust gas recirculation is turned off.
  • the exhaust gas backpressure signal is compared with a threshold value representing sufficient soot loading for triggering a regeneration of the particulate filter.
  • the heating device for triggering the regeneration process is released when the detected exhaust backpressure signal is greater than the threshold value.
  • the disadvantage of this is that the measurement of the exhaust back pressure can not be made during normal operation, but only at idle.
  • an at least two-stage method for determining the starting time of the regeneration process of a particulate filter switched into the exhaust gas line of an internal combustion engine is known.
  • the current soot loading condition of the particulate filter is determined. This is compared with a characteristic map, constructed from data representing the soot loading necessary for a regeneration process with sufficient regeneration success in the case of different operating states of the internal combustion engine. If the currently determined soot load is greater than or equal to the minimum soot load required by the map, a "Load OK" flag is set.
  • the anticipated regeneration success is determined if, at the time of the determination, the regeneration process would be triggered as a function of the current operating state of the internal combustion engine. If this regeneration success is sufficient, a "Regeneration Start” flag is set.
  • EP 2 252 780 discloses a method for determining the loading state of a particle filter which is switched into the exhaust gas line of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, comprising the following steps: determining the exhaust gas volume flow in the flow direction of the exhaust gas behind the particle filter; Detecting the pressure prevailing in the exhaust gas line in the flow direction of the exhaust gas upstream of the particle filter; Comparing the exhaust gas volume flow determined in the flow direction behind the particle filter with the detected pressure prevailing upstream of the particle filter; and evaluating the result of the comparison, taking into account the exhaust backpressure provided by the unloaded particulate filter with respect to the exhaust back pressure caused by the particulate filter loading.
  • EP 1 736 653 describes the metering of the additive for regenerating a diesel particulate filter as a function of the operating conditions of a motor vehicle.
  • EP 0 488 831 discloses the metered addition of an additive for regenerating a diesel particulate filter as a function of engine load.
  • the soot production of the engine is measured with a control unit.
  • the soot production can be measured and evaluated by the current filter load and via existing maps that are stored in the control unit. With the measured amount of soot, the correct mixing ratio can be calculated and adjusted.
  • the invention therefore provides a method for metering an additive for a regeneration process of a particle filter which is switched into the exhaust gas line of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, wherein the amount of additive to be metered is calculated from the soot production of the internal combustion engine.
  • the soot production of the internal combustion engine is preferably calculated from the filter load.
  • the filter loading is calculated from the data of an air mass meter and a differential pressure sensor using maps.
  • the exhaust gas temperature can also be used for the calculation.
  • the degree of success of a regeneration cycle of the diesel particulate filter is determined to determine the amount of additive to be metered. This can be done, for example, by comparing the differential pressure (or also the pressure loss) before the regeneration process with the differential pressure after the regeneration process.
  • the degree of success thus determined is compared with a degree of success. If the pressure loss due to the regeneration is not reduced to a sufficient extent as defined for the application and / or the particle filter, a sufficient degree of success has not been achieved. In this case, a further amount of the additive is added to the fuel supply. This can in particular be repeated until a predetermined, sufficient degree of success has been achieved. Once the degree of success has been achieved, no additional additive is added to the fuel supply. This step can in particular be repeated regularly after each regeneration process.
  • an optimal amount of the regeneration additive can be added.
  • the additive concentration can be set optimally to a desired degree of success, without having to know or consider the properties of the internal combustion engine or the design of the exhaust system. Since the method according to the invention can calculate the correct mixing ratio of additive to fuel, the usually inaccurate fuel gauge is no longer absolutely necessary. This is particularly advantageous for retrofit solutions, since reliable connection to the fuel gauge is not required and thus the cabling and also the control can be less complex and therefore cheaper. Overall, a more accurate dosage and thus an optimized additive consumption can be achieved, in particular such that only the amount of additive is added, which is required for the achievement of a predetermined degree of success.
  • the method is still used for the process to the signal of a fuel gauge. This takes place in such a way that the amount of fuel taken up in a first refueling operation is determined and in particular stored. Furthermore, the amount of additive that was added to the fuel supply after this first refueling operation is stored until a desired degree of regeneration has been achieved. From these values, a ratio between additive amount and fuel quantity (in particular the volume ratio) is calculated. In another refueling process, the tank quantity of the consumed fuel is determined. Subsequently, according to the previously determined ratio, an additive amount is metered in, with which the ratio determined after the first refueling process can be established.
  • an additive amount is added which is insufficient to produce the ratio determined after the first refueling operation, but for example only 90% or 95% of this ratio.
  • the dosing strategy can be combined with a method for determining a start time of a regeneration process of a combustion process in the exhaust gas line of a combustion engine, in particular a diesel engine, activated particulate filter, the data of an air mass meter, an exhaust gas temperature sensor and a differential pressure sensor are given to a control unit and this controller starts the regeneration based on the data on the comparison with maps.
  • a control unit controls this controller to start the regeneration based on the data on the comparison with maps.
  • an air mass is assigned a value of a loading state of the particle filter, from which it is possible to regenerate at the air mass.
  • a value of the load state is assigned to a combination of air mass, exhaust gas temperature and differential pressure.
  • the engine run can be detected via the air mass signal.
  • no signal of the motor is necessary over the speed of the motor.
  • the method for metering an additive for the regeneration of a particulate filter activated in the exhaust gas line of an internal combustion engine preferably uses the values of two sensors: air mass sensor and differential pressure sensor.
  • the values of three sensors namely exhaust temperature sensor, air mass sensor and differential pressure sensor, and three maps of exhaust temperature, air mass and differential pressure at unloaded, partially loaded and loaded maximum filter and between which interpolation can be used.
  • the soot load on the filter is continuously determined.
  • the measured sensor data is permanently correlated in the software and checks whether the regeneration can start.
  • only an exhaust gas temperature sensor upstream of the particulate filter is used in the measurement. This reduces system complexity, which is particularly important for retrofit solutions.
  • the invention provides for continuous monitoring of the relevant parameters that are permanently related. If the overall picture of all monitored parameters allows the triggering of a regeneration, the regeneration process of the particulate filter is started. It is therefore not a static monitoring, in which first a flag is set and if this is set, other parameters are checked, but a dynamic control or control.
  • One advantage is the permanent monitoring of the parameters that are essential for regeneration and the assessment of the overall situation. Not every value is evaluated individually and compared with an associated value that has to be achieved, but all parameters are constantly checked and correlated, and the interaction of all values is checked. Thus, a much higher flexibility is achieved when it comes to making the decision on the regeneration start.
  • the signal of the air mass meter is evaluated.
  • the sensor is adapted to the vehicle during installation on the machine (idling signal and signal at the highest possible load and speed) or specified in the control unit. This allows the software to determine a suitable engine condition for regeneration. It can e.g. the value of the load taken from the interpolated maps corresponding to the measured values of exhaust gas temperature, air mass and differential pressure are compared with a value which assigns a lower threshold value for the load to a map of the air mass. If the extracted value for the load is greater than the threshold for the load, the regeneration is started.
  • the invention provides for a direct measurement of the air mass, in particular in the intake tract of the internal combustion engine.
  • the method and the device for determining a start time of a regeneration process of a particulate filter switched into the exhaust gas line of an internal combustion engine are independent of the speed / air mass ratio and can easily be adapted to a vehicle. This is a significant improvement for use in retrofit applications and original equipment applications, especially with high variant variety, i. if a system with as few modifications as possible in different vehicles, e.g. Construction machinery, industrial trucks, etc. to be used.
  • the invention therefore does not use the speed signal, but the air mass meter for detecting a favorable time to start the regeneration.
  • values or curves for the exhaust gas back pressure as a function of the exhaust gas volume flow are provided for the respective particle filter for three states.
  • the first state is that without loading (0 g / m 2 ).
  • the second state is for a load (for example a value in the range of 18-28 g / m 2 , in particular 20-26 g / m 2 , preferably 24 g / m 2 ), from which regeneration can be meaningfully carried out. This is in particular the smallest charge at which soot located in the particulate filter completely burns off after ignition takes place in a region of the particulate filter.
  • the ignition can be effected, for example, by post-injection of fuel and thus increase in the exhaust gas temperature or by a locally provided on the particulate filter energy source, in particular electrically.
  • An electric ignition is possible, for example, by means of a central glow plug or a radially rotating heater and is preferably carried out at the upstream end of the particulate filter, for example circumferentially at the outer edge or centrally in the middle of the particulate filter.
  • the third state is a load (for example, a value in the range of 28-42 g / m 2 , in particular 30-38 g / m 2 , preferably 36 g / m 2 ), from which no regeneration should be carried out to the Diesel particulate filter not to be endangered by too high temperature during regeneration.
  • a load for example, a value in the range of 28-42 g / m 2 , in particular 30-38 g / m 2 , preferably 36 g / m 2
  • the relationship between air mass and load is determined in a preferred embodiment.
  • the air mass is measured at idle and measured the air mass at full load. This can be done once for an internal combustion engine type and be stored in the control unit or be carried out during a conversion of an internal combustion engine with a diesel particulate filter system with regeneration on the specific internal combustion engine.
  • the air mass range between idle and full load is then subdivided into a number of ranges, eg, three or four ranges. These areas are preferably evenly distributed over the air mass range between idle and full load.
  • the range between lower and upper threshold for the regeneration is subdivided into corresponding parts, which are assigned to the areas of the air mass area.
  • the area of the smallest load is assigned to the area with the largest air mass flow and vice versa.
  • the result is then one Load of the internal combustion engine via the air mass at this load assigned a load value of the diesel particulate filter, from which regeneration can take place.
  • At full load or high air mass regeneration is promising even at low loads. In other words, at low loads, a high air mass flow is required for successful regeneration.
  • the assignment can either be such that a minimum value is provided as the lower regeneration threshold for the air mass from which regeneration can be carried out for each subarea of the load, wherein an air mass flow in the highest range is required in the region of lowest loading.
  • the upper regeneration threshold for the air mass in this case in each case the maximum, determined at full load air mass is used.
  • a fixed allocation of areas of the load to areas of the air mass can be provided, so that at high load only a regeneration takes place when the load, ie the air mass moves in the lowest range, and vice versa.
  • the minimum air mass, ie at idle represents the lower regeneration threshold of the air mass for the highest load area
  • the upper limit of the first range of air mass above idle represents the upper regeneration threshold of the air mass for a highest load area.
  • the method for determining the regeneration start can be carried out in particular by the data of the exhaust gas temperature sensor, the air mass sensor and the differential pressure sensor are evaluated by the control unit. If the load value from the maps is in the range between the lower regeneration threshold and the upper regeneration threshold, it is preferably checked whether the currently measured air mass flow is in the region which, as described, has been assigned to the loading region in which the currently established load value is located located. If this is the case, the regeneration is started. It is understood that for the individual values of the sensors, mean values are always also given via e.g. 5 seconds can be used.
  • the invention also includes a device for determining the additive metering and / or a starting time of a regeneration process and for regenerating a particulate filter, which is switched into the exhaust gas line of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, comprising an air mass meter, which is located in the intake air ström upstream of the particulate filter, in particular between intake air filter and engine is arranged, an exhaust gas temperature sensor upstream of the particulate filter of a differential pressure sensor unit, which determines the pressure difference before and after the particulate filter and a control unit, the data connections for the data air mass, exhaust gas temperature, differential pressure and Maintenance includes.
  • the device further comprises a separate from the control unit power electronics for controlling the heat source for the particulate filter, which can be controlled by the control unit. Due to the separation of the power electronics and the control unit, the influence of the control unit on high energy for the heat source, eg due to the high temperature generated thereby, can be reduced.
  • the exhaust gas temperature sensor is preferably provided in front of the particle filter. This reduces system complexity, which is particularly important for retrofit solutions.
  • the device preferably serves to carry out a method according to the invention and is particularly suitable for this purpose.
  • the power electronics include a current flow monitoring unit, and the monitoring unit may report the flow of current back to the controller. This can ensure that the regeneration process is really started. This is e.g. in an error analysis of importance.
  • An advantage of the invention is the independence from the application and thus the applicability for retrofit applications and original equipment applications, especially with a high variety of variants.
  • the system can be installed independently of engine knowledge and receives the only essential information (air mass signal at idle and at high load) during installation.
  • the controller learns two or more air mass signals specific to the application.
  • One value is, for example, the idle signal and a second value is at the highest possible speed and load, without specifying an exact value.
  • the gradient in the air mass signal determined here later allows a rough estimate of the current load condition. Knowledge of the load condition is crucial in deciding whether or not there is a favorable time for regeneration.
  • the prior art provides for a speed measurement that is not learned depending on the vehicle. The speed is particularly in turbocharged engines very inadequate information about the load condition of an engine.
  • the differential pressure sensor unit can also be constructed from two pressure sensors, from which a differential pressure is determined in the control unit.
  • an additive metering system can furthermore be provided in one embodiment of the method and devices and systems according to the invention.
  • This preferably comprises an additive tank and a metering pump for the additive, which can meter the additive into the fuel return line, for example, so that the additive passes into the fuel tank and can be supplied together with the fuel via the fuel supply line to the diesel engine.
  • a module with level sensor and / or level indicator can be provided for the level of the fuel tank.
  • an additive is used which facilitates the regeneration of the diesel particulate filter.
  • This may be, for example, a catalytic solution, for example based on metal, in particular containing iron, iron compounds such as Fe 2 O 3, platinum or other metallic catalysts.
  • Fig. 1 shows a diesel particulate filter system with the components of a regeneration system
  • FIG. 2 shows an example of a loading map of a diesel particulate filter.
  • a typical diesel particulate filter system 100 is shown. Positions 2 and 4 show pressure measuring points before and after the diesel particulate filter.
  • the differential pressure sensor 18 is connected to the pressure measuring points 2, 4 via differential pressure measuring lines 19. At the pressure measuring points, the pressure drop across the diesel particulate filter 21 can be determined.
  • the illustrated diesel particulate filter 21 is a sintered metal filter, other filter element technologies are also possible, eg, ceramic filter elements of silicon carbide, aluminum titanate, or cordierite-based ceramics.
  • a heat source 3 such as a heater attached. This may be a resistance heater.
  • the current of the heater 3 is controlled or regulated by a power electronics 6, in particular a power relay.
  • the Power electronics 6 is executed separately from the electronic control unit 7 and connected thereto via one of the control lines 17.
  • the control unit 7 outputs the current setpoint to the power electronics 6.
  • the power electronics can comprise a monitoring unit which reports back the value of the current to the control unit.
  • the device for regeneration comprises a temperature sensor 1. This may be, for example, a thermocouple.
  • the temperature sensor 1 is connected via one of the control lines 17 to the control unit 7.
  • An air mass sensor 1 1 is also connected via a control line 17 to the control unit 7.
  • the power supply of the heater 3 via a power supply 20, the heater 3 is further connected to the vehicle mass 5.
  • an additive tank 8 and a metering pump 9 for the additive which can meter the additive into the fuel return line 16, so that the additive passes into the fuel tank 10 and can be fed together with the fuel via the fuel supply line 15 to the diesel engine 13 ,
  • a module 12 may be provided with level sensor and / or level indicator.
  • an additive is used which facilitates the regeneration of the diesel particulate filter.
  • This may be, for example, a catalytic solution, for example based on metal, in particular containing iron, iron compounds such as Fe 2 O 3, platinum or other metallic catalysts.
  • FIG. 2 shows an example of a load characteristic map for the diesel particulate filter.
  • the exhaust gas volume flow in m 3 / h is plotted on the x-axis, and the exhaust gas back pressure in mbar on the y-axis.
  • the first curve 110 shows the state for no load (0 g / m 2 )
  • the second curve 120 for a load here, for example, 24 g / m 2
  • the third curve 130 for a load here, for example, 36 g / m 2 ), from which no regeneration should be carried out in order not to endanger the diesel particulate filter by too high a temperature during regeneration.
  • maps for the relationship between exhaust gas temperature, air mass and differential pressure for the three load states a) no load, b) lower threshold for regeneration and c) upper threshold for regeneration are filed for a diesel particulate filter.
  • no information about the internal combustion engine is necessary.
  • the relationship between air mass and load is determined.
  • the air mass is measured at idle and measured the air mass at full load. This can be done once for an internal combustion engine type and stored in the control unit or carried out in a conversion of an internal combustion engine with a diesel particulate filter system with regeneration on the specific internal combustion engine.
  • the air mass range between idle and full load is then divided into, for example, three or four ranges.
  • the range between lower and upper threshold for the regeneration is subdivided into corresponding parts, which are assigned to the areas of the air mass area.
  • a load of the internal combustion engine via the air mass at this load is assigned a load value of the diesel particulate filter, from which regeneration can take place.
  • full load or high air mass regeneration is promising even at low loads. When idling, a high load is necessary.
  • the procedure for determining the regeneration start can be performed by evaluating the data from the exhaust gas temperature sensor, the air mass sensor and the differential pressure sensor from the control unit; and when the load value of the maps is in the range between the lower regeneration threshold and the upper regeneration threshold of the current air mass value, the regeneration is started. It is understood that for the individual values of the sensors, mean values are always also given via e.g. 5 seconds can be used.

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Startzeitpunkts eines Regenerationsprozesses eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, eingeschalteten Partikelfilters, wobei die Daten eines Luftmassenmessers, eines Abgastemperatursensors und eines Differenzdrucksensors an ein Steuergerät gegeben werden und das Steuergerät anhand der Daten über den Vergleich mit Kennfeldern die Regeneration startet.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Dosierung des Additivs zur Regenerierung eines
Dieselpartikelfilters
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dosierung eines Additivs für einen Regenerationsprozess und Bestimmung eines Startzeitpunkts eines Regenerationsprozesses eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, eingeschalteten Partikelfilters. Die Erfindung betrifft ferner ein System zur Partikelfiltration für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Umrüstung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einem System zur Partikelfiltration.
Stand der Technik
Wie aus der DE 10 2006 033 567 A1 bekannt, werden in den Abgasstrang von Dieselmotoren zur Reduzierung des Partikelausstoßes, insbesondere eines Rußausstoßes, Partikelfilter eingeschaltet. Beim Betrieb eines Dieselmotors sammeln sich die Partikel auf der Filteroberfläche des Partikelfilters oder in dessen Filtermedium. Zum Regenerieren eines solchen Partikelfilters ist bekannt, den Ruß mittels eines Rußabbrandes und somit durch Oxidation zu beseitigen. Ein solcher Rußabbrand tritt dann selbsttätig ein, wenn die den Partikelfilter anströmende Abgastemperatur höher ist als die Zündtempe- ratur des Rußes. Zum Absenken der Rußzündtemperatur können Kraftstoffadditive verwendet werden. Durch die Zugabe solcher Additive bei einer Temperatur unterhalb der Rußzündtemperatur, aber oberhalb der Rußzündtemperatur mit Additiven kann also auch eine Zündung erfolgen. Die Abgastemperatur überschreitet in aller Regel dann die Rußzündtemperatur bzw. diese unter Zugabe von Additiven, wenn der Dieselmotor über eine gewisse Zeitdauer hinweg unter einer bestimmten Last arbeitet. Um eine Regeneration des Partikelfilters auch in Betriebszuständen zu ermöglichen, in denen die Abgastemperatur geringer ist als die Rußzündtemperatur auch unter Zugabe von Additiven, werden aktive Regenerationsprozesse eingesetzt. Dieses erfolgt durch Zuführen thermischer Energie, etwa über thermoelektrische Heizelemente oder durch Eindüsen von Kraftstoff in den Abgasstrom.
Damit eine diskontinuierliche Regeneration des Partikelfilters durch Rußabbrand erfolgen kann, ist es erforderlich, dass der Partikelfilter eine bestimmte Rußbeladung auf- weist oder diese nicht überschreitet. Ist die auf dem Partikelfilter akkumulierte Rußmenge zu gering, kann dieses zu einem unvollständigen, ungleichmäßigen Rußabbrand führen, ist die Rußmenge zu groß kann es zu unkontrollierten Verbrennungsprozessen und somit zu Beschädigungen kommen. Wesentlich bei der Regelung eines Partikelfiltersystems ist daher der Zeitpunkt, zu dem eine Regeneration gestartet wird. Wird dies zu früh, z.B. also zu häufig, vorgenommen, ist nicht ausreichend Material (Ruß) auf dem Filter vorhanden, sodass eine Regeneration vollständig ablaufen kann, also der gesamte Filter freigebrannt wird. Es gibt für die eingesetzten Filterelemente, z.B. Sintermetallfilter oder auch keramische Filterelemente, z.B. basierend auf Siliziumkarbid, Kordierit oder Aluminiumtitanat, eine obere und eine untere Grenze für die Rußbeladung zwischen denen eine Regeneration optimal verläuft. Die Rußbeladung muss also beobachtet werden und sobald sich die Anwendung in dem optimalen "Ruß- Fenster" befindet, muss ein geeigneter Zeitpunkt ermittelt werden zur Zündung der Regeneration.
Für den Erfolg einer Regenertion bei einem Dieselpartikelfilter ist ebenfalls das richtige Additiv zu Dieselkraftstoff-Verhältnis wichtig. Im Stand der Technik wird häufig der Kraftstoffinhalt im Tank über den Tankgeber gemessen. Mit der gemessenen Kraftstoffmenge wird die benötigte Additivmenge errechnet und durch eine Dosierpumpe in den Kraftstofftank zudosiert.
Das Patent EP 1 509 691 B1 beschreibt den Start einer Regeneration in Abhängigkeit der Rußbeladung auf dem Filter. Als wesentlicher Parameter wird die Druckdifferenz in der Abgasnachbehandlungsanlage vor und nach dem Partikelfilter bestimmt. Zusätzlich wird eine theoretische Partikelbeladung berechnet und aus dem Vergleich der theoretischen Partikelbeladung mit der aus der Druckdifferenz gemessenen Partikelbeladung der Beladungszustand des Partikelfilters ermittelt, wobei zum Berechnen der theoretischen Partikelbeladung die Abgastemperatur abzüglich einer Bewertungsschwelle über eine vorbestimmte Zeit integriert wird. Ein Additiv wird dem Kraftstoff zugegeben, wenn der Beladungszustand des Partikelfilters eine bestimmte Schwelle überschritten hat. Die Menge des zugegebenen Additivs kann in Abhängigkeit der Konzentration des Additivs im Tank geschehen.
Das Patent EP 1 583 892 B1 beschreibt ein Verfahren zum Regeln der Ansteuerung einer Heizeinrichtung zum Regenerieren eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eingeschalteten Partikelfilters. Bei diesem Verfahren wird der durch den Partikelfilter erzeugte Abgasgegendruck als Maß für den Rußbeladungszustand des Partikelfilters erfasst und der Abgasgegendruck wird gemessen, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet und die Abgasrückführung ausgeschaltet ist. Anschließend wird das Abgasgegendrucksignal mit einem eine ausreichende Rußbeladung zum Auslösen ei- ner Regeneration des Partikelfilters darstellenden Schwellwert verglichen. Die Heizeinrichtung zum Auslösen des Regenerationsvorganges wird freigeschaltet, wenn das er- fasste Abgasgegendrucksignal größer ist als der Schwellwert. Nachteilig ist hieran, dass die Messung des Abgasgegendrucks nicht im laufenden Normalbetrieb, sondern nur im Leerlauf vorgenommen werden kann.
Aus der bereits oben zitierten Patentanmeldung DE 10 2006 033 567 A1 ist ein mindestens zweistufiges Verfahren zur Bestimmung des Startzeitpunkts des Regenerationsprozesses eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eingeschalteten Partikelfilters bekannt. Dabei wird zunächst der aktuelle Rußbeladungszustandes des Partikelfilters bestimmt. Dieser wird mit einem Kennfeld, aufgebaut aus Daten, die bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine die für einen Regenerati- onsprozess mit hinreichendem Regenerationserfolg notwendige Rußbeladung darstellen, verglichen. Wenn die aktuell ermittelte Rußbeladung größer oder gleich der durch das Kennfeld geforderten Mindestrußbeladung ist, wird ein Flag "Beladungszustand OK" gesetzt. Wenn das Flag "Beladungszustand OK" gesetzt ist, wird der voraussichtli- che Regenerationserfolg dafür bestimmt, wenn zum Zeitpunkt der Bestimmung in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Regenerati- onsprozess ausgelöst werden würde. Ist dieser Regenerationserfolg hinreichend, wird ein Flag "Regeneration Start" gesetzt.
Aus der Patentanmeldung EP 2 252 780 ist ein Verfahren zum Bestimmen des Bela- dungszustandes eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, eingeschalteten Partikelfilters bekannt, das die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen des Abgasvolumenstroms in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Partikelfilter; Erfassen des im Abgasstrang in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Partikelfilter herrschenden Druckes; Vergleichen des in Strömungsrichtung hin- ter dem Partikelfilter bestimmten Abgasvolumenstroms mit dem erfassten vor dem Partikelfilter herrschenden Druck; und Auswerten des Ergebnisses des Vergleichs unter Berücksichtigung des durch den unbeladenen Partikelfilter bereit gestellten Abgasgegendrucks im Hinblick auf den durch die Partikelfilterbeladung verursachenden Abgasgegendruck. In der EP 1 736 653 ist die Dosierung des Additivs zur Regenerierung eines Dieselpartikelfilters in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen eines Kraftfahrzeugs beschrieben.
Aus der EP 0 488 831 ist die Zudosierung eines Additivs zur Regenerierung eines Dieselpartikelfilters in Abhängigkeit von der Motorlast bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Um die richtige Additivkonzentration im Kraftstoff sicher zu stellen, wird mit einem Steuergerät die Rußproduktion des Motors gemessen. Die Rußproduktion kann durch die aktuelle Filterbeladung und über vorhandene Kennfelder, die im Steuergerät abge- speichert sind, gemessen und bewertet werden. Mit der gemessenen Rußmenge kann das richtige Mischungsverhältnis errechent und eingestellt werden.
Erfindungsgemäß ist daher ein Verfahren zur Dosierung eines Additivs für einen Rege- nerationsprozess eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, eingeschalteten Partikelfilters wobei die Menge des zuzudosier- enden Additivs aus der Rußproduktion der Brennkraftmaschine errechnet wird.
Bevorzugt wird die Rußproduktion der Brennkraftmaschine aus der Filterbeladung errechnet.
Bevorzugt wird dabei die Filterbeladung aus den Daten eines Luftmassenmessers und eines Differenzdrucksensors mit Hilfe von Kennfeldern errechnet. In einer Ausführungs- form kann auch zusätzlich die Abgastemperatur zur Berechnung herangezogen werden.
In einer Ausführungsform wird zur Bestimmung der einzudosierenden Additivmenge der Erfolgsgrad eines Regenerationszyklus des Dieselpartikelfilters bestimmt. Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass der Differenzdruck (oder auch Druckverlust) vor dem Regenerationsvorgang mit dem Differenzdruck nach dem Regenerationsvorgang verglichen wird.
In einer Ausführungsform wird der so ermittelte Erfolgsgrad mit einem Sollerfolgsgrad verglichen. Ist der Druckverlust durch die Regeneration nicht in einem für die Anwendung und/oder den Partikelfilter definierten, ausreichenden Maße vermindert, ist kein ausreichender Erfolgsgrad erreicht. In diesem Fall wird eine weitere Menge des Additivs dem Kraftstoffvorrat zudosiert. Dies kann insbesondere solange wiederholt werden, bis ein vorbestimmter, ausreichender Sollerfolgsgrad erreicht ist. Ist der Sollerfolgsgrad erreicht, wird dem Kraftstoffvorrat kein weiteres Additiv zudosiert. Dieser Schritt kann insbesondere regelmäßig nach jedem Regenerationsvorgang wiederholt werden.
Auf diese Weise kann ohne Kenntnis der aktuellen Additivkonzentration im Kraftstoffvorrat eine optimale Menge des Regenrationsadditivs zudosiert werden. Ferner kann auf diese Weise die Additivkonzentration optimal auf einen gewünschten Erfolgsgrad ein- gestellt werden, ohne die Eigenschaften der Brennkraftmaschine oder die Konstruktion des Abgassystems kennen bzw. in Betracht ziehen zu müssen. Da die erfindungsgemäße Methode das richtige Mischungsverhältnis von Additiv zu Kraftstoff berechnen kann, wird auch der in der Regel ungenaue Tankgeber nicht mehr unbedingt benötigt. Dies ist insbesondere für Nachrüstlösungen von Vorteil, da für einen zuverlässigen Be- trieb keine Verbindung zum Tankgeber erforderlich ist und dadurch die Verkabelung und auch die Steuerung weniger komplex und dadurch günstiger werden können. Insgesamt kann eine genauere Dosierung und damit auch ein optimierter Additivverbrauch erreicht werden, insbesondere derart, dass nur die Additivmenge zudosiert wird, die für die Erreichung eines vorbestimmten Erfolgsgrades erforderlich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird für das Verfahren dennoch auf das Signal eines Tankgebers zurückgegriffen. Dies erfolgt derart, dass die Menge des bei einem ersten Tankvorgang aufgenommenen Kraftstoffs ermittelt und insbesondere gespeichert wird. Ferner wird die Additivmenge gespeichert, die nach diesem ersten Tankvorgang dem Kraftstoffvorrat zudosiert wurde, bis ein gewünschter Erfolgsgrad der Regeneration erreicht wurde. Aus diesen Werten wird ein Verhältnis zwischen Additivmenge und Kraftstoff menge (insbesondere das Volumenverhältnis) errechnet. Bei einem weiteren Tankvorgang wird die Tankmenge des aufgenommenen Kraftstoffs ermittelt. Anschließend wird entsprechend des zuvor ermittelten Verhältnisses eine Additivmenge zudosiert, mit welcher das nach dem ersten Tankvorgang ermittelte Verhältnis hergestellt werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird nach dem weiteren Tankvorgang eine Additivmenge zudosiert, die nicht ausreicht, um das nach dem ersten Tankvorgang ermittelte Verhältnis herzustellen, sondern zum Beispiel nur 90 % oder 95 % dieses Verhältnisses.
Anschließend können wieder die oben beschriebenen Schritte zur Erfolgsgradmessung und Nachdosierung erfolgen, um den Additivgehalt erneut optimal anzupassen.
Die Dosierstrategie kann kombiniert werden mit einem Verfahren zur Bestimmung eines Startzeitpunkts eines Regenerationsprozesses eines in den Abgasstrang einer Brenn- kraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, eingeschalteten Partikelfilters, wobei die Daten eines Luftmassenmessers, eines Abgastemperatursensors und eines Differenzdrucksensors an ein Steuergerät gegeben werden und dieses Steuergerät anhand der Daten über den Vergleich mit Kennfeldern die Regeneration startet. Bevorzugt ist bei einem Kennfeld einer Luftmasse ein Wert eines Beladungszustandes des Partikelfilters zuordnet, ab dem bei der Luftmasse regeneriert werden kann. Bevorzugt ist einer Kombination aus Luftmasse, Abgastemperatur und Differenzdruck ein Wert des Beladungszustandes zugeordnet.
Bei dem Verfahren kann der Motorlauf über das Luftmassensignal erkannt werden. Es ist hierzu kein Signal des Motors über die Drehzahl des Motors notwendig.
Bei der vorliegenden Erfindung nutzt das Verfahren zur Dosierung eines Additivs zur Regeneration eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, eingeschalteten Partikelfilters bevorzugt die Werte zweier Sensoren: Luftmassensensor und Differenzdrucksensor.
In Kombination mit dem Verfahren zur Bestimmung eines Startzeitpunkts eines Regenerationsprozesses eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, eingeschalteten Partikelfilters werden bevorzugt die Werte dreier Sensoren, nämlich Abgastemperatursensor, Luftmassensensor und Differenzdrucksensor, und dreier Kennfelder aus Abgastemperatur, Luftmasse und Differenzdruck, die bei unbeladenem, teilbeladenem und maximal beladenem Filter aufgenommen worden sind und zwischen denen interpoliert werden kann, benutzt. Es wird kontinuierlich die Rußbeladung auf dem Filter ermittelt. Die gemessenen Sensordaten werden in der Software permanent in Beziehung gesetzt und überprüft, ob die Regeneration starten kann.
Bevorzugt wird ausschließlich ein Abgastemperatursensor stromauf des Partikelfilters bei der Messung verwendet. Dies reduziert die System komplexität, was insbesondere für Nachrüstlösungen von Bedeutung ist.
Die Erfindung sieht eine kontinuierliche Überwachung der relevanten Parameter vor, die permanent in Beziehung zueinander gebracht werden. Wenn das Gesamtbild aller überwachten Parameter das Auslösen einer Regeneration erlaubt, wird der Regenerations- Vorgang des Partikelfilters gestartet. Es handelt sich also nicht um eine statische Überwachung, bei der zunächst ein Flag gesetzt wird und wenn dieses gesetzt ist, weitere Parameter überprüft werden, sondern um eine dynamische Regelung oder Steuerung. Ein Vorteil ist die permanente Überwachung der für die Regeneration wesentlichen Parameter und die Beurteilung der Gesamtsituation. Es wird nicht jeder Wert einzeln bewertet und mit einem zugehörigen Wert verglichen, der erreicht werden muss, sondern es werden permanent alle Parameter überprüft und in Beziehung zueinander gesetzt und das Zusammenspiel aller Werte wird überprüft. Damit wird eine deutlich höhere Flexibilität erreicht, wenn es darum geht, die Entscheidung über den Regenerationsstart zu treffen.
Wichtig für den Start einer Regeneration ist auch der Zustand, in dem der Motor sich derzeit befindet (Leerlauf, volle Last, ausgeschaltet ... ). Zur Bestimmung der Motoren- betriebszustände wird das Signal des Luftmassenmessers ausgewertet. Der Sensor wird bei der Installation auf die Maschine an das Fahrzeug angepasst (Leerlaufsignal und Signal bei möglichst hoher Last und Drehzahl) oder im Steuergerät vorgegeben. Damit kann die Software einen geeigneten Motorzustand zum Regenerieren ermitteln. Es kann z.B. der aus den interpolierten Kennfeldern, die den gemessenen Werten von Abgastemperatur, Luftmasse und Differenzdruck entsprechen, entnommene Wert für die Beladung verglichen werden mit einem Wert, der einem Kennfeld der Luftmasse einen unteren Schwellenwert für die Beladung zuordnet. Ist der entnommene Wert für die Beladung größer als der Schwellenwert für die Beladung, wird die Regeneration gestartet.
Die Erfindung sieht eine direkte Messung der Luftmasse vor, insbesondere im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine. Damit sind das Verfahren und die Vorrichtung zur Bestimmung eines Startzeitpunkts eines Regenerationsprozesses eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eingeschalteten Partikelfilters unabhängig vom Drehzahl/Luftmassenverhältnis und kann leicht an ein Fahrzeug angepasst werden. Dies ist eine wesentliche Verbesserung für den Einsatz in Nachrüstanwendungen und Erstaus- rüstungsanwendungen, insbesondere bei hoher Variantenvielfalt, d.h. wenn ein System mit möglichst geringen Modifikationen in verschiedenen Fahrzeugen, wie z.B. Baumaschinen, Flurförderzeugen, usw. eingesetzt werden soll. Die Erfindung nutzt daher nicht das Drehzahlsignal, sondern den Luftmassenmesser zum Erkennen eines günstigen Zeitpunkts zum Starten der Regeneration.
Für einen Dieselpartikelfilter werden in einer Ausführungsform in Abhängigkeit von seiner Geometrie und Größe Kennfelder für den Zusammenhang zwischen Abgastemperatur, Luftmasse und Differenzdruck bei den drei Beladungszuständen a) keine Beladung, b) untere Schwelle für Regeneration und c) obere Schwelle für Regeneration abgelegt. Für diese Daten ist keine Information über die Brennkraftmaschine notwendig.
Dabei sind in einer bevorzugten Ausführungsform für den jeweiligen Partikelfilter Werte oder Kurven für den Abgasgegendruck in Abhängigkeit vom Abgasvolumenstrom für drei Zustände vorgesehen. Der erste Zustand ist der ohne Beladung (0 g/m2). Der zweite Zustand ist für eine Beladung (zum Beispiel ein Wert im Bereich von 18-28 g/m2, insbesondere 20-26 g/m2, bevorzugt 24 g/m2), ab der eine Regeneration sinnvoll durchgeführt werden kann. Dies ist insbesondere die kleinste Beladung, bei der im Partikelfilter befindlicher Ruß vollständig abbrennt, nachdem eine Zündung in einem Be- reich des Partikelfilters erfolgt.
Die Zündung kann beispielsweise durch Nacheinspritzung von Kraftstoff und damit Erhöhung der Abgastemperatur oder durch eine lokal am Partikelfilter vorgesehene Energiequelle, insbesondere elektrisch, erfolgen. Eine elektrische Zündung ist beispielsweise mittels einer zentralen Glühkerze oder einer radial umlaufenden Heizung möglich und erfolgt bevorzugt am stromaufwärtigen Ende des Partikelfilters, zum Beispiel umlaufend am äußeren Rand oder zentral in der Mitte des Partikelfilters.
Der dritte Zustand ist eine Beladung (zum Beispiel ein Wert im Bereich von 28-42 g/m2, insbesondere 30-38 g/m2, bevorzugt 36 g/m2), ab der keine Regeneration mehr durchgeführt werden sollte, um den Dieselpartikelfilter nicht durch zu hohe Temperatur bei der Regeneration zu gefährden.
Angepasst an die Brennkraftmaschine wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Zusammenhang zwischen Luftmasse und Last ermittelt. Hierzu wird die Luftmasse im Leerlauf gemessen und die Luftmasse bei Volllast gemessen. Dies kann einmal für einen Brennkraftmaschinentyp vorgenommen werden und im Steuergerät abgelegt wer- den oder bei einer Umrüstung einer Brennkraftmaschine mit einem Dieselpartikelfiltersystem mit Regeneration an der speziellen Brennkraftmaschine durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform wird der Luftmassenbereich zwischen Leerlauf und Volllast dann in eine Anzahl von Bereichen unterteilt, z.B. in drei oder vier Bereiche. Diese Bereiche sind bevorzugt gleichmäßig über den Luftmassenbereich zwischen Leerlauf und Volllast verteilt. Der Bereich zwischen unterer und oberer Schwelle für die Regeneration wird in entsprechend viele Teile unterteilt, die den Bereichen des Luftmassenbereichs zugeordnet werden. Dabei wird der Bereich der kleinsten Beladung dem Bereich mit dem größten Luftmassenstrom zugeordnet und umgekehrt. Im Ergebnis ist dann einer Last der Brennkraftmaschine über die Luftmasse bei dieser Last ein Beladungswert des Dieselpartikelfilters zugeordnet, ab dem eine Regeneration erfolgen kann. Bei Volllast bzw. hoher Luftmasse ist die Regeneration auch bei niedrigen Beladungen erfolgversprechend. Anders ausgedrückt ist bei geringen Beladungen ein hoher Luftmassen- ström für die erfolgreiche Regeneration erforderlich. Bei höheren Beladungen kann auch schon bei geringeren Luftmassen regeneriert werden, wobei im Bereich höchster Beladung eine Regeneration auch bei Leerlauf, d.h. bei geringstem Luftmassenstrom erfolgt. Die Zuordnung kann entweder derart erfolgen, dass für jeden Teilbereich der Beladung ein Mindestwert als untere Regenerationsschwelle für die Luftmasse, ab der regeneriert werden kann, vorgesehen wird, wobei im Bereich geringster Beladung ein Luftmassenstrom im höchsten Bereich erforderlich ist. Als obere Regenerationsschwelle für die Luftmasse ist in diesem Fall jeweils die maximale, bei Vollast ermittelte Luftmasse verwendet. Alternativ kann eine feste Zuordnung von Bereichen der Beladung zu Bereichen der Luftmasse vorgesehen werden, so dass bei hoher Beladung nur eine Regeneration stattfindet, wenn die Last, d.h. die Luftmasse sich im untersten Bereich bewegt, und umgekehrt. In diesem Fall stellt die minimale Luftmasse, d.h. bei Leerlauf, die untere Regenerationsschwelle der Luftmasse für den Bereich höchster Beladung dar und die obere Grenze des ersten Bereichs der Luftmasse oberhalb des Leerlaufs stellt die obere Regenerationsschwelle der Luftmasse für einen Bereich höchster Be- ladung dar.
Das Verfahren zur Bestimmung des Regenerationsstarts kann insbesondere durchgeführt werden, indem die Daten des Abgastemperatursensors, des Luftmassensensors und des Differenzdrucksensors vom Steuergerät ausgewertet werden. Bevorzugt wird dann, wenn der Beladungswert aus den Kennfeldern im Bereich zwischen der unteren Regenerationsschwelle und der oberen Regenerationsschwelle liegt, überprüft, ob sich der aktuell gemessene Luftmassenstrom in dem Bereich befindet, der wie beschrieben dem Beladungsbereich zugeordnet wurde, in dem sich der aktuell festgestellte Beladungswert befindet. Ist dies der Fall, wird die Regeneration gestartet. Es versteht sich, dass für die einzelnen Werte der Sensoren immer auch Mittelwerte über z.B. 5 Sekunden herangezogen werden können.
Die Erfindung beinhaltet auch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Additivdosierung und/oder eines Startzeitpunkts eines Regenerationsprozesses und zur Regenerierung eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, eingeschalteten Partikelfilters, umfassend einen Luftmassenmesser, der im Ansaugluft- ström strömungstechnisch vor dem Partikelfilter, insbesondere zwischen Ansaugluftfilter und Motor, angeordnet ist, einen Abgastemperatursensor vor dem Partikelfilter einer Differenzdrucksensoreinheit, die die Druckdifferenz vor und nach dem Partikelfilter bestimmt und ein Steuergerät, das Datenanschlüsse für die Daten Luftmasse, Abgastem- peratur, Differenzdruck sowie zur Wartung umfasst. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung weiterhin eine vom Steuergerät getrennte Leistungselektronik zur Regelung der Wärmequelle für den Partikelfilter, die durch das Steuergerät angesteuert werden kann. Durch die Trennung von Leistungselektronik und Steuergerät kann die Beeinflussung des Steuergeräts durch hohe Energie für die Wärmequelle, z.B. durch die dadurch er- zeugte hohe Temperatur, reduziert werden. Für die Temperaturerfassung ist bevorzugt nur der Abgastemperatursensor vor dem Partikelfilter vorgesehen. Dies reduziert die Systemkomplexität, was insbesondere für Nachrüstlösungen von Bedeutung ist. Die Vorrichtung dient vorzugsweise zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und ist insbesondere dazu geeignet.
In einer Ausführungsform umfasst die Leistungselektronik eine Überwachungseinheit für den Stromfluss und die Überwachungseinheit kann den Stromfluss an das Steuergerät zurückmelden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Regenerationsprozess auch wirklich gestartet wird. Dies ist z.B. in einer Fehleranalyse von Bedeutung.
Ein Vorteil der Erfindung ist die Unabhängigkeit von der Anwendung und damit die Ein- setzbarkeit für Nachrüstanwendungen und Erstausrüstungsanwendungen, insbesondere bei hoher Variantenvielfalt. Das System kann unabhängig von Kenntnis über den Motor installiert werden und erhält die einzigen wesentlichen Informationen (Luftmassensignal bei Leerlauf und bei hoher Last) während der Installation.
Durch den Wegfall eines Tankgebers, der zur Ermittlung des Tankinhalts und damit zur Dosierung des Additivs in den Tank dient, entfällt der entsprechende Anbau.
Während der Installation wird bevorzugt eine Routine durchlaufen, in der das Steuergerät zwei oder mehr Luftmassensignale spezifisch für die Anwendung erlernt. Ein Wert ist z.B. das Leerlaufsignal und ein zweiter Wert ist bei möglichst hoher Drehzahl und Last, ohne dabei einen genauen Wert zu spezifizieren. Der hier ermittelte Gradient im Luft- massensignal erlaubt später eine grobe Abschätzung des aktuellen Lastzustandes. Die Kenntnis über den Lastzustand hilft entscheidend bei der Entscheidung, ob ein günstiger Zeitpunkt für eine Regeneration vorliegt oder nicht. Der Stand der Technik sieht hier eine Drehzahlmessung vor, die nicht abhängig vom Fahrzeug erlernt wird. Die Drehzahl ist insbesondere bei aufgeladenen Motoren eine sehr unzureichende Information über den Lastzustand eines Motors.
Aus dem vorgenannten Vorteil ergibt sich, dass das Kabel für das Drehzahlsignal nicht angeschlossen zu werden braucht.
Die Differenzdrucksensoreinheit kann auch aus zwei Drucksensoren aufgebaut sein, aus denen im Steuergerät ein Differenzdruck ermittelt wird.
Zur Optimierung der Regeneration kann in einer Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen und Systemen ferner ein Additivdosiersystem vorgesehen sein. Dieses umfasst bevorzugt einen Additivtank und eine Dosierpumpe für das Additiv, welche das Additiv beispielsweise in die Kraftstoffrücklaufleitung eindosieren kann, so dass das Additiv in den Kraftstofftank gelangt und zusammen mit dem Kraftstoff über die Kraftstoffzuleitung dem Dieselmotor zugeführt werden kann. Für den Füllstand des Kraftstofftanks kann ein Modul mit Füllstandsensor und/oder Füllstandanzeige vorgesehen sein. Vorteilhaft wird ein Additiv verwendet, welches die Rege- neration des Dieselpartikelfilters erleichtert. Dies kann beispielsweise eine katalytische Lösung sein, beispielsweise auf Metallbasis, insbesondere enthaltend Eisen, Eisenverbindungen wie Fe2O3, Platin oder weitere metallische Katalysatoren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein Dieselpartikelfiltersystem mit den Komponenten eines Regenerations- Systems und
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Beladungskennfelds eines Dieselpartikelfilters.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Fig. 1 ist ein typisches Dieselpartikelfiltersystem 100 dargestellt. Die Positionen 2 und 4 zeigen Druckmessstellen vor und nach dem Dieselpartikelfilter. Der Differenzdruck- sensor 18 ist mit den Druckmessstellen 2, 4 über Differenzdruckmessleitungen 19 verbunden. An den Druckmessstellen kann der Druckabfall über dem Dieselpartikelfilter 21 ermittelt werden. Der dargestellte Dieselpartikelfilter 21 ist ein Sintermetallfilter, andere Filterelementtechnologien sind ebenfalls möglich, z.B. keramische Filterelemente aus Siliziumkarbid, Aluminiumtitanat oder Kordierit-basierenden Keramiken. Im oder am Dieselpartikelfilter ist eine Wärmequelle 3, z.B. eine Heizung, angebracht. Hierbei kann es sich um eine Widerstandsheizung handeln. Der Strom der Heizung 3 wird durch eine Leistungselektronik 6, insbesondere ein Leistungsrelais gesteuert oder geregelt. Die Leistungselektronik 6 ist von der elektronischen Steuereinheit 7 getrennt ausgeführt und mit dieser über eine der Steuerleitungen 17 verbunden. Die Steuereinheit 7 gibt den Stromsollwert an die Leistungselektronik 6. Die Leistungselektronik kann eine Überwachungseinheit umfassen, die den Wert der Stromstärke an die Steuereinheit zurück- meldet. Die Vorrichtung zur Regeneration umfasst einen Temperatursensor 1 . Hierbei kann es sich z.B. um ein Thermoelement handeln. Der Temperatursensor 1 ist über eine der Steuerleitungen 17 mit dem Steuergerät 7 verbunden. Ein Luftmassensensor 1 1 ist ebenfalls über eine Steuerleitung 17 mit dem Steuergerät 7 verbunden. Die Energieversorgung der Heizung 3 erfolgt über eine Leistungsversorgung 20, die Heizung 3 ist ferner mit der Fahrzeugmasse 5 verbunden. Es können ferner ein Additivtank 8 und eine Dosierpumpe 9 für das Additiv vorgesehen sein, welche das Additiv in die Kraftstoffrücklaufleitung 16 eindosieren kann, so dass das Additiv in den Kraftstofftank 10 gelangt und zusammen mit dem Kraftstoff über die Kraftstoffzuleitung 15 dem Dieselmotor 13 zugeführt werden kann. Für den Füllstand des Kraftstofftanks kann ein Modul 12 mit Füllstandsensor und/oder Füllstandanzeige vorgesehen sein. Vorteilhaft wird ein Additiv verwendet, welches die Regeneration des Dieselpartikelfilters erleichtert. Dies kann beispielsweise eine katalytische Lösung sein, beispielsweise auf Metallbasis, insbesondere enthaltend Eisen, Eisenverbindungen wie Fe203, Platin oder weitere metallische Katalysatoren.
In Fig. 2 ist ein beispielshaftes Beladungskennfeld für den Dieselpartikelfilter angegeben. Auf der x-Achse ist der Abgasvolumenstrom in m3/h aufgetragen, auf der y-Achse der Abgasgegendruck in mbar. Es sind Kurven für den Abgasgegendruck in Abhängigkeit vom Abgasvolumenstrom gezeigt. Die erste Kurve 1 10 zeigt den Zustand für keine Beladung (0 g/m2), die zweite Kurve 120 für eine Beladung (hier z.B. 24 g/m2), ab der eine Regeneration sinnvoll durchgeführt werden kann, und die dritte Kurve 130 für eine Beladung (hier z.B. 36 g/m2), ab der keine Regeneration mehr durchgeführt werden sollte, um den Dieselpartikelfilter nicht durch zu hohe Temperatur bei der Regeneration zu gefährden.
Für einen Dieselpartikelfilter werden in Abhängigkeit von seiner Geometrie und Größe Kennfelder für den Zusammenhang zwischen Abgastemperatur, Luftmasse und Differenzdruck bei den drei Beladungszuständen a) keine Beladung, b) untere Schwelle für Regeneration und c) obere Schwelle für Regeneration abgelegt. Für diese Daten ist keine Information über die Brennkraftmaschine notwendig. Angepasst an die Brennkraftmaschine wird der Zusammenhang zwischen Luftmasse und Last ermittelt. Hierzu wird die Luftmasse im Leerlauf gemessen und die Luftmasse bei Volllast gemessen. Dies kann einmal für einen Brennkraftmaschinentyp vorgenommen werden und im Steuergerät abgelegt werden oder bei einer Umrüstung einer Brennkraftmaschine mit einem Dieselpartikelfiltersystem mit Regeneration an der speziellen Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Der Luftmassenbereich zwischen Leerlauf und Volllast wird dann unterteilt z.B. in drei oder vier Bereiche. Der Bereich zwischen unterer und oberer Schwelle für die Regeneration wird in entsprechend viele Teile unterteilt, die den Bereichen des Luftmassenbereichs zugeordnet werden. Im Er- gebnis ist dann einer Last der Brennkraftmaschine über die Luftmasse bei dieser Last ein Beladungswert des Dieselpartikelfilters zugeordnet, ab dem eine Regeneration erfolgen kann. Bei Volllast bzw. hoher Luftmasse ist die Regeneration auch bei niedrigen Beladungen erfolgversprechend. Im Leerlauf ist eine hohe Beladung notwendig.
Ist das System zur Partikelfilterabscheidung so vorkonfektioniert, kann das Verfahren zur Bestimmung des Regenerationsstarts durchgeführt werden, indem die Daten des Abgastemperatursensors, des Luftmassensensors und des Differenzdrucksensors vom Steuergerät ausgewertet werden; und wenn der Beladungswert aus den Kennfeldern im Bereich zwischen der unteren Regenerationsschwelle und der oberen Regenerationsschwelle des momentanen Luftmassenwerts liegt, wird die Regeneration gestartet. Es versteht sich, dass für die einzelnen Werte der Sensoren immer auch Mittelwerte über z.B. 5 Sekunden herangezogen werden können.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Dosierung eines Additivs für einen Regenerationsprozess eines in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, eingeschalteten Partikelfilters, wobei die Menge des zuzudosierenden Additivs aus der Rußproduktion der Brennkraftmaschine errechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei zur Bestimmung der einzudosierenden Additivmenge der Erfolgsgrad eines Regenerationszyklus des Dieselpartikelfilters verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zur Bestimmung des Erfolgsgrads der Differenz- druck vor einem Regenerationsvorgang mit dem Differenzdruck nach dem Regenerationsvorgang verglichen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Erfolgsgrad mit einem vorbestimmten Sollerfolgsgrad verglichen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Menge des Additivs dem Kraftstoffvorrat zudosiert wird, wenn der ermittelte Erfolgsgrad kleiner als der Sollerfolgsgrad ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt nach Anspruch 5 solange anschließend an aufeinanderfolgende Regenerationsvorgänge wiederholt wird, bis ein vorbestimmter Sollerfolgsgrad erreicht ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rußproduktion der Brennkraftmaschine aus der Filterbeladung errechnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Filterbeladung aus den Daten eines Luftmassenmessers und eines Differenzdrucksensors mit Hilfe von Kennfeldern errechnet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Ermittlung eines Startzeitpunkts des Regenerationsprozesses des in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere des Dieselmotors, eingeschalteten Partikelfilters, Daten des Luftmassenmessers, eines Abgastemperatursensors und des Differenzdrucksensors an ein Steuergerät gegeben werden und das Steuergerät anhand der Daten über den Vergleich mit Kennfeldern die Regeneration startet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Kennfeld einer Luftmasse einen Wert eines Beladungszustandes des Partikelfilters zuordnet, ab dem bei der Luftmasse regene- riert werden kann.
1 1 .Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei einer Kombination aus Luftmasse, Abgastemperatur und Differenzdruck ein Wert des Beladungszustandes zugeordnet ist.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Motorlauf über das Luftmassensignal erkannt wird.
PCT/EP2012/055243 2011-03-24 2012-03-23 Verfahren und vorrichtung zur dosierung des additivs zur regenerierung eines dieselpartikelfilters WO2012127044A1 (de)

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