WO2017178131A1 - Verfahren zur regeneration eines partikelfilters im abgassystem eines verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren zur regeneration eines partikelfilters im abgassystem eines verbrennungsmotors Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for the regeneration of a particulate filter in the exhaust system of an internal combustion engine during operation, wherein in the implementation of the method, the free ⁇ tion of sulfur compounds is detected in the exhaust stream and depending on the method is carried out so that the formation of white smoke is avoided.
  • a regeneration process In order to prevent clogging of the particulate filter, a regeneration process must be carried out with appropriate loading of the particulate filter, in which the particulate matter collected in the particulate filter usually by a corresponding increase in temperature of the exhaust gas, to temperatures between 500 ° C and 700 ° C, be burned in the particle filter.
  • the temperature increase is carried out by targeted change in the operating parameters of the engine.
  • sulfuric compounds in the particle filter and optionally also in the oxidation are incorporated at the same time - catalyst.
  • document DE 102011014718 B4 discloses a method for avoiding white smoke. Accordingly, the desorption, ie the release of the sulfur compounds in a temperature range of 300 ° C to 500 ° C, preferably from 400 ° C to 450 ° C. At these elevated exhaust gas temperatures, the desorption of the sulfur compounds over a longer
  • Temperature of the particulate filter falls below a predetermined threshold, for example, a temperature of 340 ° C. Since sulfuric acid decomposes as an example of a sulfur-containing compound only from a temperature of about 340 ° C, is below this threshold value of the temperature assumes that accumulate sulfur-containing compounds in the particulate filter.
  • the accumulated amount of sulfur-containing compounds in the particulate filter is determined on the basis of the fuel injected into the combustion ⁇ combustion engine fuel amount and a longer-derspezifisch predetermined value for the sulfur content of the fuel. As soon as the temperature in the particulate filter falls below a threshold value, an accumulation of the amount of sulfur-containing compounds accumulating in the particulate filter is performed.
  • the desorption is then increased by increasing the exhaust gas temperature to a value of approx. 350 ° C started.
  • the previously accumulated amount of sulfur is calculated reduced and the desorption is terminated when the calculated sulfur detected value reaches zero or is determined by means of a sensor that no more sulfur compounds occur in the exhaust gas.
  • This process is based on a country-specific known sulfur content of the fuel.
  • the method appears imprecise and error prone.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method which allows the desorption of sulfur compounds in the particle filter while avoiding White smoke formation targeted and only if and as long as necessary to perform without increasing the complexity of the exhaust aftertreatment system and thus its cost.
  • This object is achieved by a method for the regeneration of a particulate filter with the features according to claim 1.
  • the method for regeneration of a particulate filter in the exhaust system of an internal combustion engine during operation the following steps.
  • the start of a regeneration phase is raised to a temperature value above a desorption start temperature of a measured exhaust gas temperature of a normal operation level that corresponds to the Ab ⁇ gas temperature in the intended normal operation of the internal combustion engine.
  • the Desorpti- ons start temperature indicates a temperature value from which the release of embedded in the particulate filter sulfur compounds begins and is for example at least 300 ° C, with a temperature up to 400 ° C can be selected to start the desorption with appropriate certainty.
  • the particulate mass contained in the exhaust gas flow downstream of the particle filter is monitored by means of an electrostatic particle mass sensor (ePM-S) arranged downstream of the particle filter in the exhaust gas flow, and a particle mass actual value dependent on the particle mass is generated.
  • ePM-S electrostatic particle mass sensor
  • the means of the electrostatic particle mass sensor he ⁇ sired particle mass actual value is compared with a predetermined particle mass-threshold above which the formation of white smoke can be expected.
  • the particle mass threshold value together with a control program for carrying out the method according to the invention, is provided for carrying out the method according to the invention stored electronic processing unit.
  • the desorption temperature is chosen so that a "gentle" desorption can take place, in which the sulfur compounds stored in the particle filter are released gradually in an amount per volume of exhaust gas, which ensures that no white smoke occurs.
  • the exhaust gas temperature is set to a regeneration temperature for burning off the particle load of the particulate filter and held for a predetermined period of time.
  • the regenerator ⁇ tion temperature is chosen such that a secure and fast "free burning" of the particulate filter is guaranteed, which preferably takes place in a temperature range between 550 ° C and 750 ° C.
  • the period of time is also examples play set so that this is sufficient for a given From ⁇ gas temperature in each case to one, for example by known methods, noted or burn estimated particle load.
  • the re ⁇ generation phase is ended by lowering the exhaust gas temperature to the normal operating level.
  • the inventive method can be carried out regardless of the sulfur content of the fuel energy saving and quick regeneration of the particulate filter of a Burn ⁇ voltage motors in operation, without producing white smoke.
  • a desorption of im Particle filter deposited sulfur compounds, to avoid the occurrence of white smoke, frequency and duration can be carried out according to demand. This contributes ei ⁇ neillon to shorten the regeneration phases and avoids an increased fuel consumption due to the required exhaust gas temperature increase, especially when using low sulfur fuels.
  • the exhaust gas temperature is raised to the desorption temperature for the start of Regenerati ⁇ onsphase. This has the formation of white smoke by initial overheating of the exhaust gas and thus the Par ⁇ tikelfilters is avoided in any case the advantage.
  • a further embodiment of the method for the regeneration of a particulate filter is characterized in that at the start of the regeneration phase, the exhaust gas temperature is raised to the Regenerati ⁇ ons temperature.
  • the desorption temperature is in carrying out the method for the regeneration of a particulate ⁇ filters in a temperature range of 300 ° C to 500 ° C, preferably in a range between 400 ° C and 450 ° C.
  • the regeneration temperature in carrying out the method for regeneration of a particulate filter is in a temperature range from 550.degree. C. to 750.degree. C., preferably in a range between 600.degree. C. and 700.degree. This ensures a safe start and rapid implementation of the burning of the particles loaded in the particle filter particle loading.
  • the exhaust gas temperature is regulated as a function of the particulate mass actual value measured with the electrostatic particle mass sensor
  • the particulate mass actual value below the Pellemas ⁇ threshold threshold value remains above a lower particle ⁇ mass limit, which ensures that no white smoke is produced.
  • the lower particle mass limit is smaller than the particle mass threshold, so that the particulate mass actual value is first adjusted to a value between Pellemas ⁇ se-limit value and particle mass threshold.
  • the particulate mass actual value is preferably adjusted to a value which lies in the upper third of the range spanned by the particle size threshold and particle mass limit value.
  • This has the advantage that the desorption rate is close to the limit of white smoke formation and thus the duration of the desorption can be shortened.
  • the desorption temperature specified as the manipulated variable moves within the permissible desorption temperature range. If, despite the maximum desorption temperature, usually about 500 ° C., the lower particle mass limit value is not reached, the process can be continued with the regeneration of the particle filter.
  • the electronic engine control unit can be, for example, the central processing unit of the engine control unit, also called central processing unit (CPU), which executes or controls all important functions for operating the internal combustion engine. From this CPU, the operating parameters of the engine are adjusted depending on the load or operating point, controlled or regulated. Operating parameters which influence the exhaust gas temperature and thus can be used to adjust, control or regulate the exhaust gas temperature are, for example, the quantity and timing of the fuel injection, the supplied fresh air mass flow and the ignition time, which can be varied individually or in combination accordingly.
  • CPU central processing unit
  • Operating parameters which influence the exhaust gas temperature and thus can be used to adjust, control or regulate the exhaust gas temperature are, for example, the quantity and timing of the fuel injection, the supplied fresh air mass flow and the ignition time, which can be varied individually or in combination accordingly.
  • an electrostatic ⁇ static particulate matter sensor used for performing the method for regenerating a particulate filter having overall genfact spaced electrodes which form an electric field.
  • Electrodes are passed a portion of the loaded with particles and sulfur compounds exhaust stream, wherein electric charges are transmitted from the particles and the sulfur compounds between the electrodes, which is measurable as an electrical signal that is proportional to the particle mass and the sulfur content of the exhaust gas stream.
  • the advantage is that the possibly already existing electrostatic par ⁇ tikelsensor can be used to monitor the filter function for detecting the sulfur content in the exhaust stream in the exhaust system and thus no additional costs.
  • the mode of operation of such an electrostatic particle mass sensor is known, for example, from the document US Pat. No. 8,713,991 B2. It is surprising that such a sensor also reacts to sulfur compounds in the exhaust gas flow in almost the same way as to other particles, for example soot.
  • FIG. 1 is a simplified schematic representation of the structure of an exhaust system including internal combustion engine, for carrying out the method according to the invention
  • Fig. 2 is a flow chart to illustrate the important
  • FIG 3 shows a simplified schematic sectional view of an electrostatic particle mass sensor (ePM-S).
  • Figure 1 shows the basic structure of an exhaust system for carrying out a method according to the invention including the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine will usually be a diesel engine, but may also be a gasoline engine or a gas-powered internal combustion engine.
  • the exhaust gas flow of the internal combustion engine 1 is discharged via the exhaust manifold 2 into the exhaust gas pipe 3.
  • the exhaust pipe 3 are in the flow direction of the exhaust stream (shown with arrows) in succession first an oxidation catalyst 4 then a particle filter 5 is arranged.
  • the particulate filter 5 in conjunction with a diesel engine will be a particulate filter.
  • a temperature sensor 6 is arranged for measuring the exhaust gas temperature and in the exhaust pipe downstream of the particulate filter 5, an electrostatic particle mass sensor (ePM-S) is arranged in the exhaust stream. Both the temperature sensor 6 and the ePM-S are connected via electrical signal lines 8 to the electronic engine control unit (CPU) 9 for the transmission of the corresponding sensor signals.
  • the electronic engine control unit 9 is in turn connected to the internal combustion engine 1 in connection with the load-dependent or operating point-dependent control of the internal combustion engine. This is done by specifying the operating parameters and corresponding control of the corresponding
  • Such electronic Mo ⁇ gate control units are a regular part of modern internal combustion engine systems and are also referred to as Central Processing Unit (CPU).
  • CPU Central Processing Unit
  • the implementation of the method according ⁇ contemporary can be made of stored programs with the help of the CPU and the appropriate there.
  • the arrangement shown is greatly simplified and shows only the basic components. On the presentation of other components such as turbocharger, exhaust gas recirculation ⁇ systems, reducing agent injection and muffler and others, which may also be part of such a system was omitted here for reasons of clarity.
  • FIG. 2 shows a flow chart to illustrate the important method steps of the method according to the invention.
  • a first method step 11 to start a regeneration phase measured by means of the EPM-S exhaust ⁇ temperature (Ag_T) from a normal operation level to a temperature value above a desorption start temperature (Ds_St_T) is increased (Ag_T> Ds_St_T).
  • the desorption start temperature is the temperature from which the desorption, ie the release of the sulfur compounds stored in the particle filter, begins and in any case is above 300 ° C.
  • first of all a temperature increase to a temperature within the desorption temperature range between 300 ° C. and 500 ° C. can be controlled or also a temperature within the regeneration temperature range between 550 ° C. and 750 ° C.
  • monitoring of the particulate mass contained in the exhaust gas flow downstream of the particulate filter begins by means of an electrostatic particle mass sensor (ePM-S) arranged downstream of the particulate filter in the exhaust gas flow, which generates a particle mass actual value (PM_Iw) which is dependent on the particulate mass and electrical signal, for example, the CPU or a separately equipped computing unit supplies.
  • ePM-S electrostatic particle mass sensor
  • PM_Iw particle mass actual value
  • the particle mass actual value (PM_Iw) produced by the ePM-S is compared with a predefined particle mass threshold value (PM_Sw), above which the formation of white smoke is to be expected.
  • PM_Sw a predefined particle mass threshold value
  • the exhaust-gas temperature (Ag_T) can be regulated as a function of the particle mass actual value (PM_Iw) measured with the electrostatic particle mass sensor (ePM_S) such that the actual mass of particulate mass (PM_Iw) is below the
  • PM_Iw particle mass actual value
  • ePM_S electrostatic particle mass sensor
  • PM_Gw Parti ⁇ kelmasse threshold
  • PM_Gw Parti ⁇ kelmasse threshold
  • the particulate mass actual value is adjusted to a value which is in the upper third of the plane spanned by Pumblemasse- threshold value and particle mass limit Be ⁇ Reich, ie in the vicinity of the particle mass threshold.
  • This has the advantage that the desorption rate is close to the limit of white smoke formation and thus the duration of the desorption can be shortened.
  • step 12 If the comparison in method step 12 shows that the PM-Iw falls below or does not exceed the PM_Sw, this is an indication that there is no longer any significant loading of the sulfur-compounded particle filter (or had not already occurred at the beginning of the method) and the actual Re ⁇ Generation of the particulate filter can be done. There is thus the branch to process step 15, in which the Ab ⁇ gas temperature (Ag_T) is set to a regeneration temperature (Rg_T), for burning off the particle load of the particulate filter for a predetermined period of time. The period of time is predetermined so that the particle loading of the particle ⁇ filter is completely removed.
  • Ag_T Ab ⁇ gas temperature
  • Rg_T regeneration temperature
  • the regeneration phase is then reduced to the normal operating level in method step 16 by lowering the exhaust gas temperature (Ag_T).
  • FIG. 3 is a simplified schematic sectional illustration of an electrostatic particle mass sensor 7 (ePM-S) see.
  • the ePM-S 7 has in a sensor housing 71 mutually spaced electrodes 72 which form an electric field. Through this electric field between the electrodes 72, a portion of the laden with particles and sulfur compounds exhaust gas flow AGS (shown with arrows) is passed. In this case, electric charges between the electrodes 72 will be transmitted, which is measurable as an electric signal, which is proportional to the particle mass and the sulfur content of the gas stream from ⁇ AGS.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters im Abgassystem eines Verbrennungsmotors im Betrieb, wobei zum Start einer Regenerationsphase eine gemessene Abgastemperatur auf einen Temperaturwert oberhalb einer Desorptions-Starttemperatur angehoben wird. Zugleich wird die im Abgasstrom stromabwärts des Partikelfilters enthaltene Partikelmasse mittels eines elektrostatischen Partikelmasse-Sensors (ePM-S) überwacht und ein Partikelmasse-Istwertes erzeugt. Überschreitet der Partikelmasse-Istwert einen vorgegebenen Partikelmasse-Schwellenwert, ab dem die Bildung von Weißrauch zu erwarten ist, wird die Abgastemperatur auf eine Desorptions-Temperatur zur Freisetzung von im Partikelfilter eingelagerten Schwefelverbindungen eingestellt, bis der Partikelmasse-Schwellenwert unterschritten wird. Sobald der Partikelmasse-Schwellenwert unterschritten wird, wird die Abgastemperatur auf eine Regenerations-Temperatur zum Abbrennen der Partikelbeladung des Partikelfilters für eine vorbestimmte Zeitspanne eingestellt und danach die Regenerationsphase durch Absenkung der Abgastemperatur auf das Normalbetriebsniveau beendet.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters im Abgassystem eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters im Abgassystem eines Verbrennungsmotors im Betrieb, wobei bei der Durchführung des Verfahrens die Frei¬ setzung von Schwefelverbindungen im Abgasstrom erkannt wird und in Abhängigkeit davon das Verfahren so durchgeführt wird, dass die Bildung von Weißrauch vermieden wird.
Um die gesetzlichen Bestimmungen zur Luftreinhaltung einhalten zu können sind moderne, mit Verbrennungsmotoren betriebene Kraftfahrzeuge in der Regel mit Systemen zur Abgasreinigung ausgestattet. Diese weisen zum Beispiel sogenannte Oxidati- onskatalysatoren und insbesondere bei Diesel-Verbrennungs¬ motoren auch Partikelfilter zur Absorption von Rußpartikeln im Abgas auf.
Um ein Verstopfen des Partikelfilters zu verhindern, muss bei entsprechender Beladung des Partikelfilters ein Regenerati- onsprozess erfolgen, bei dem die im Partikelfilter angesammelten Partikel in der Regel durch eine entsprechende Temperaturer- höhung des Abgases, auf Temperaturen zwischen 500°C und 700°C, im Partikelfilter verbrannt werden. Die Temperaturerhöhung erfolgt dabei durch gezielte Veränderung der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors. Wie zum Beispiel in der DE 10 2011 014 718 AI und auch in US 2010 01 07 737 beschrieben ist, kommt es, insbesondere beim Betrieb des jeweiligen Verbrennungsmotors mit Kraftstoffen mit erhöhtem Schwefelgehalt, gleichzeitig zur Einlagerung schwefelhaltiger Verbindungen im Partikelfilter und ggf. auch im Oxidations- katalysator. In der Regenerationsphase des Partikelfilters kommt es dann aufgrund der stark erhöhten Abgastemperaturen zu einer schnellen Freisetzung der eingelagerten Schwefelverbindungen, die mit dem im Abgas befindlichen Wasserdampf Schwefelsäure bilden können. Durch erneute Abkühlung des Abgasstromes auf dem Weg durch das Abgassystem auf Temperaturen unterhalb des Säuretaupunktes bildet sich ein Aerosol, das als dichter, weißer Rauch, sogenannter Weißrauch, sichtbar ist.
Weiterhin wird im Dokument DE 102011014718 B4 ein Verfahren zur Vermeidung von Weißrauch offenbart. Demgemäß erfolgt die Desorption, also die Freisetzung der Schwefelverbindungen in einem Temperaturbereich von 300°C bis 500°C, bevorzugt von 400°C bis 450°C. Bei diesen so erhöhten Abgastemperaturen kann die Desorption der Schwefelverbindungen über einen längeren
Zeitraum, beispielsweise bis zu 10 Minuten. Dadurch wird die Konzentration des Aerosols im Abgas so niedrig gehalten, dass kein Weißrauch wahrzunehmen ist. Diese gesteuerte Desorption wird jeweils im Vorfeld der Regeneration des Partikelfilters durchgeführt. Erst danach erfolgt die weitere Erhöhung der Abgastemperatur zur Regeneration des Partikelfilters. Allerdings muss bei diesem Verfahren die Desorption der Schwefelverbindungen, aufgrund der Unkenntnis der Größe der Beladung des Partikelfilters mit Schwefelverbindungen, vor jeder Regeneration des Partikelfilters über eine maximale Zeitdauer hinweg durchgeführt werden. Dies führt zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch, auch beim Betrieb des Verbrennungsmotors mit Kraftstoffen mit niedrigem Schwefelgehalt. In diesem Fall wäre die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens nicht nötig .
Dieses Problem wird zum Beispiel versucht zu lösen mit dem im Dokument DE 102009058 107 AI offenbarten Gegenstand. Dabei wird mittels einer Bestimmungseinrichtung festgestellt, ob die
Temperatur des Partikelfilters einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, beispielsweise eine Temperatur von 340°C. Da sich Schwefelsäure als Beispiel einer schwefelhaltigen Verbindung erst ab einer Temperatur von rund 340°C zersetzt, wird bei einem Unterschreiten dieses Schwellenwerts der Temperatur davon ausgegangen, dass in dem Partikelfilter schwefelhaltige Verbindungen akkumulieren. Die akkumulierte Menge schwefelhaltiger Verbindungen in dem Partikelfilter wird auf der Basis der in die Verbrennungs¬ kraftmaschine eingespritzten Kraftstoffmenge und einem län- derspezifisch vorbestimmten Wert für den Schwefelgehalt des Kraftstoffs ermittelt. Sobald dabei die Temperatur in dem Partikelfilter einen Schwellenwert unterschreitet, wird eine Aufsummierung der in dem Partikelfilter akkumulierenden Menge schwefelhaltiger Verbindungen durchgeführt. Bei Erreichen eines vorbestimmten Schwellenwertes wird dann die Desorption durch Erhöhung der Abgastemperatur auf einen Wert von Ca. 350 °C gestartet. Während der Desorption wird die zuvor akkumulierte Schwefelmenge rechnerisch verringert und die Desorption wird beendet sobald die rechnerische ermittelte Schwefelmenge den Wert null erreicht oder mittels eines Sensors festgestellt wird, dass keine Schwefelverbindungen mehr im Abgas auftreten. Bei diesem Verfahren wird von einem länderspezifisch bekannten Schwefelgehalt des Kraftstoffes ausgegangen. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass, sofern ein Sensor zur Erfassung der Schwefelverbindungen im Abgas vorhanden ist, auf Basis der Sensordaten auf eine abweichende Schwefelkonzentration im Kraftstoff geschlossen und der entsprechende Vorgabewert korrigiert werden kann. Aufgrund der ungenauen Kenntnis des Schwefelgehalts und ggf. weiterer auf die Schwefeleinlagerung und Desorption Einfluss nehmender Größen scheint das Verfahren jedoch unpräzise und Fehleranfällig. Abhilfe könnte hier ein zusätzlicher Schwe¬ fel-Sensor zur Detektion des Schwefelgehalts im Kraftstoff schaffen, auf dessen Grundlage die Beladung des Partikelfilters genauer ermittelt werden könnte und die Desorption gezielter durchführbar wäre. Ein solcher Sensor ist in vielen Anwendungsfällen jedoch zu teuer und kann deshalb nicht eingesetzt werden .
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht die Desorption von Schwefelverbindungen im Partikelfilter unter Vermeidung von Weißrauchbildung gezielter und nur sofern und solange wie erforderlich durchzuführen, ohne die Komplexität des Abgas-Nachbehandlungssystems und somit dessen Kosten zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist das Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters im Abgassystem eines Verbrennungsmotors im Betrieb, die folgenden Schritte auf.
Zunächst wird zum Start einer Regenerationsphase eine gemessene Abgastemperatur von einem Normalbetriebsniveau, das der Ab¬ gastemperatur im bestimmungsgemäßen Normalbetrieb des Verbrennungsmotors entspricht, auf einen Temperaturwert oberhalb einer Desorptions-Starttemperatur erhöht. Die Desorpti- ons-Starttemperatur kennzeichnet einen Temperaturwert, ab dem die Freisetzung von im Partikelfilter eingelagerten Schwefelverbindungen beginnt und beträgt beispielsweise mindestens 300°C, wobei auch eine Temperatur bis zu 400°C gewählt werden kann, um mit entsprechender Sicherheit die Desorption zu starten.
Zugleich wird die im Abgasstrom stromabwärts des Partikelfilters enthaltenen Partikelmasse mittels eines stromabwärts des Partikelfilters im Abgasstrom angeordneten elektrostatischen Partikelmasse-Sensors (ePM-S) überwacht und ein von der Par- tikelmasse abhängiger Partikelmasse-Istwert erzeugt. Dabei macht sich die Erfindung die überraschende Erkenntnis zunutze, dass ein solcher Sensor auf im Abgas transportierte Schwe¬ felverbindungen in gleicher Weise reagiert wie auf andere Partikel, wie beispielsweise Ruß.
Der mittels des elektrostatischen Partikelmasse-Sensors er¬ zeugte Partikelmasse-Istwert wird mit einem vorgegebenen Partikelmasse-Schwellenwert, ab dem die Bildung von Weißrauch zu erwarten ist, verglichen. Beispielsweise ist der Partikel- masse-Schwellenwert dazu, zusammen mit einem Steuerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen elektronischen Recheneinheit gespeichert.
Bei Überschreitung des Partikelmasse-Schwellenwertes, wird dann die Abgastemperatur auf eine Desorptions-Temperatur zur
Freisetzung von im Partikelfilter eingelagerten Schwefelverbindungen eingestellt und so lange gehalten, bis der Parti- kelmasse-Istwert den Partikelmasse-Schwellenwert unter¬ schreitet. Die Desorptions-Temperatur wird dabei so gewählt, dass eine „sanfte" Desorption stattfinden kann, bei der die im Partikelfilter eingelagerten Schwefelverbindungen nach und nach in einer Menge pro Abgasvolumen freigesetzt werden, bei der gewährleistet ist, dass kein Weißrauch auftritt.
Bei Unterschreitung des Partikelmasse-Schwellenwertes, was beispielsweise der Fall ist, wenn durch die Desorption der
Schwefelgehalt im Partikelfilter bereits stark reduziert ist, oder bereits bei Start des Verfahrens entsprechend gering war, wird die Abgastemperatur auf eine Regenerations-Temperatur zum Abbrennen der Partikelbeladung des Partikelfilters eingestellt und für eine vorbestimmte Zeitspanne gehalten. Die Regenera¬ tions-Temperatur wird dabei so gewählt, dass ein sicheres und schnelles „Freibrennen" des Partikelfilters gewährleistete ist, die findet vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 550°C und 750°C statt. Die Zeitspanne wird ebenfalls bei- spielsweise so vorgegeben, dass diese bei vorgegebener Ab¬ gastemperatur in jedem Fall ausreicht um eine, beispielsweise mittels bekannter Verfahren, festgestellte oder abgeschätzte Partikelbeladung abzubrennen. Nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne, wird dann die Re¬ generationsphase durch Absenkung der Abgastemperatur auf das Normalbetriebsniveau beendet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann energiesparend und schnell die Regeneration des Partikelfilters eines Verbren¬ nungsmotors im Betrieb, unabhängig vom Schwefelgehalt des Kraftstoffes durchgeführt werden, ohne Weißrauch zu erzeugen. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass eine Desorption von im Partikelfilter abgelagerten Schwefelverbindungen, zur Vermeidung des Auftretens von Weißrauch, in Häufigkeit und Dauer bedarfsorientiert durchgeführt werden kann. Dies trägt ei¬ nerseits zur Verkürzung der Regenerationsphasen bei und ver- meidet einen erhöhten Kraftstoffbedarf aufgrund der erforderlichen Abgastemperaturerhöhung, insbesondere bei Verwendung von Kraftstoffen mit niedrigem Schwefelgehalt.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder, sofern es sich nicht um sich gegenseitig ausschließende Al¬ ternativen handelt, in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens zur Regene- ration eines Partikelfilters wird zum Start der Regenerati¬ onsphase die Abgastemperatur auf die Desorptions-Temperatur angehoben. Dies hat den Vorteil, dass die Bildung von Weißrauch durch anfängliche Überhitzung des Abgases und somit des Par¬ tikelfilters in jedem Fall vermieden wird.
Eine weitere Ausführung des Verfahrens zur Regeneration eines Partikelfilters ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Start der Regenerationsphase die Abgastemperatur auf die Regenerati¬ ons-Temperatur angehoben wird. Dies hat den Vorteil, dass im Falle einer geringfügigen Anfangsbeladung des Partikelfilters mit Schwefel, und dem damit zusammenhängenden Ausbleiben des Überschreitens des Partikelmasse-Schwellenwertes, ein unver¬ züglicher Beginn der Regeneration, also des Abbrennens der Partikelbeladung gewährleistet ist.
In vorteilhafter Weise liegt die Desorptions-Temperatur bei Durchführung des Verfahrens zur Regeneration eines Partikel¬ filters in einem Temperaturbereich von 300°C bis 500°C, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 400°C und 450°C. Dies gewährleistet einen sicheren Start und eine „sanfte" Durch¬ führung der Desorption des im Partikelfilter eingelagerten Schwefels, ohne dass dabei Weißrauch entsteht. In weiter vorteilhafter Weise liegt die Regenerations-Temperatur bei der Durchführung des Verfahrens zur Regeneration eines Partikelfilters in einem Temperaturbereich von 550°C bis 750°C, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 600°C und 700°C. Dies gewährleistet einen sicheren Start und eine zügige Durchführung des Abbrennes der im Partikelfilter eingelagerten Partikelbeladung .
In Weiterbildung des Verfahren zur Regeneration eines Partikel- filters wird bei Überschreitung des Partikelmasse-Schwellenwertes, also bei Feststellung einer relevanten Beladung des Partikelfilters mit Schwefelverbindungen, die Abgastemperatur in Abhängigkeit von dem, mit dem elektrostatischen Partikelmasse-Sensors gemessenen Partikelmasse-Istwert so geregelt, dass der Partikelmasse-Istwert unterhalb des Partikelmas¬ se-Schwellenwertes jedoch oberhalb eines unteren Partikel¬ masse-Grenzwertes bleibt, was gewährleistet, dass kein Weißrauch entsteht. Der untere Partikelmasse-Grenzwert ist dabei kleiner als der Partikelmasse-Schwellenwert, so dass der Partikel- masse-Istwert zunächst auf einen Wert zwischen Partikelmas¬ se-Grenzwert und Partikelmasse-Schwellenwert eingeregelt wird. Vorzugsweise wird der Partikelmasse-Istwert auf einen Wert eingeregelt, der im oberen Drittel des durch Partikelmas¬ se-Schwellenwert und Partikelmasse-Grenzwert aufgespannten Bereichs liegt. Dies hat den Vorteil, dass die Desorptions- geschwindigkeit nahe der Grenze zur Weißrauchbildung liegt und so die Dauer der Desorption verkürzt werden kann. Gleichzeitig ist dabei zu beachten, dass sich die als Stellgröße vorgegebene Desorptions-Temperatur innerhalb des zulässigen Desorpti- ons-Temperaturbereichs bewegt. Wird dabei trotz maximaler Desorptions-Temperatur, in der Regel ca. 500°C, der untere Partikelmasse-Grenzwert unterschritten, kann das Verfahren mit der Regeneration des Partikelfilters fortgeführt werden. In vorteilhafter Weise kann die Abgastemperatur bei der
Durchführung des Verfahrens zur Regeneration eines Partikel¬ filters mittels einer elektronischen Motor-Steuereinheit eingestellt oder geregelt werden durch geeignete Einstellung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der gemessenen Abgastemperatur und dem Partikelmasse-Istwert . Die elektronische Motorsteuereinheit kann zum Beispiel die Zentrale Recheneinheit der Motorsteuerung, auch Central Pro- cessing Unit (CPU) genannt, sein, die alle wichtigen Funktionen zum Betrieb des Verbrennungsmotors ausführt oder steuert bzw. regelt. Von dieser CPU werden auch die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors lastabhängig oder betriebspunktabhängig eingestellt, gesteuert oder geregelt. Betriebsparameter die auf die Abgastemperatur Einfluß nehmen und somit zur Einstellung, Steuerung oder Regelung der Abgastemperatur herangezogen werden können sind beispielsweise die Menge und der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, der zugeführte Frischluftmassenstrom und der Zündzeitpunkt, die einzeln oder in Kombination ent- sprechend variiert werden können.
In weiter vorteilhafter Weise wird zur Durchführung des Verfahrens zur Regeneration eines Partikelfilters ein elektro¬ statischer Partikelmasse-Sensors (ePM-S) eingesetzt, der ge- genseitig beabstandete Elektroden aufweist , die ein elektrisches Feld ausbilden. Durch das elektrische Feld zwischen den
Elektroden wird ein Teil des mit Partikeln und Schwefelverbindungen beladenen Abgasstromes geleitet, wobei elektrische Ladungen von den Partikeln und den Schwefelverbindungen zwischen den Elektroden übertragen werden, was als elektrisches Signal messbar ist, das zu der Partikelmasse und dem Schwefelgehalt des Abgasstromes proportional ist. Der Vorteil dabei ist, dass der ggf. ohnehin im Abgassystem vorhandene elektrostatische Par¬ tikelsensor zur Überwachung der Filterfunktion zur Erkennung des Schwefelgehalts im Abgasstrom herangezogen werden kann und somit keine Zusatzkosten entstehen. Die Funktionsweise eines solchen elektrostatischen Partikelmasse-Sensors ist beispielsweise aus dem Dokument US 8,713, 991 B2 bekannt . Überraschen dabei ist, dass ein solcher Sensor auch auf Schwefelverbindungen im Abgasstrom in nahezu gleicher Weise reagiert wie auf andere Partikel, zum Beispiel Ruß. Die Merkmale und Merkmalskombinationen der vorstehend in der Beschreibung oder nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten Ausführungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind, soweit diese nicht alternativ anwendbar sind oder sich gar gegenseitig ausschließen, einzeln, zum Teil oder insgesamt, auch in gegenseitiger Kombination oder gegenseitiger Ergänzung, in Fortbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands anzuwenden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Anhand der Figuren werden im Folgenden besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele, Einzelheiten oder Fortbildungen der Erfindung näher erläutert, obgleich der Gegenstand der Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt ist.
Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung des Aufbaus eines Abgassystems inklusive Verbrennungsmotor, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der wichtigen
Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines elektrostatischen Partikelmasse-Sensors (ePM-S) .
Funktions- und Benennungsgleiche Gegenstände sind in den Figuren durchgehend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Abgassystems zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens inklusive dem Verbrennungsmotor 1. Der Verbrennungsmotor wird in der Regel ein Diesel-Motor sein, kann jedoch auch ein Otto-Motor oder ein mit Gas betriebener Verbrennungsmotor sein. Der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 1 wird über den Abgaskrümmer 2 in das Ab- gasrohr 3 abgeführt. Im Abgasrohr 3 sind in Strömungsrichtung des Abgasstromes (mit Pfeilen dargestellt) hintereinander zunächst ein Oxydationskatalysator 4 dann ein Partikelfilter 5 angeordnet. In der Regel wird der Partikelfilter 5 in Verbindung mit einem Dieselmotor ein Rußpartikelfilter sein. Im Rahmen strenger werdender Abgasgesetze nimmt jedoch die Bedeutung des Einsatzes eines Partikelfilters auch bei den weiteren oben genannten Verbrennungsmotorvarianten zu, weshalb das erfindungsgemäße Verfahren auch nicht auf die Anwendung in Verbindung mit einem Diesel-Motor beschränkt ist. Am Partikelfilter 5 ist ein Temperatursensor 6 angeordnet zur Messung der Abgastemperatur und im Abgasrohr stromabwärts des Partikelfilters 5 ist ein elektrostatischer Partikelmasse-Sensor (ePM-S) im Abgasstrom angeordnet. Sowohl der Temperatursensor 6 als auch der ePM-S sind über elektrische Signalleitungen 8 mit der elektronischen Motor-Steuereinheit (CPU) 9 zur Übermittlung der entsprechenden Sensorsignale verbunden. Die elektronischen Motor-Steuereinheit 9 steht wiederum mit dem Verbrennungsmotor 1 in Verbindung zur lastabhängigen oder betriebspunktabhängigen Steuerung des Verbrennungsmotors. Dies erfolgt durch Vorgabe der Betriebs- parameter und entsprechender Ansteuerung der entsprechenden
Funktionseinheiten, wie zum Beispiel einer Drosselklappe, der Einspritzventile, einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, eines Ab- gasrückführventils und so weiter. Solche elektronische Mo¬ tor-Steuereinheiten sind regelmäßiger Bestandteil moderner Verbrennungsmotor-Systeme und werden auch als Central Processing Unit (CPU) bezeichnet. Auch die Durchführung des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens kann mit Hilfe der CPU und entsprechender dort hinterlegter Programmabläufe erfolgen. Die dargestellte Anordnung ist stark vereinfacht und zeigt nur die grundlegenden Komponenten. Auf die Darstellung weiterer Komponenten wie zum Beispiel Turbolader, Abgasrückführungs¬ systeme, Reduktionsmitteleinspritzung und Schalldämpfer und weitere, die ebenfalls Teil eines solchen Systems sein können wurde hier aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der wichtigen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem ersten Verfahrensschritt 11 wird zum Start einer Regenerationsphase die mittels des ePM-S gemessenen Abgas¬ temperatur (Ag_T) von einem Normalbetriebsniveau auf einen Temperaturwert oberhalb einer Desorptions-Starttemperatur (Ds_St_T) erhöht (Ag_T > Ds_St_T) . Dies erfolgt zum Beispiel mittels entsprechender Einstellung der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors durch die elektronische Motor-Steuereinheit. Die Desorptions-Starttemperatur ist die Temperatur ab der die Desorption, also die Freisetzung der im Partikelfilter ein- gelagerten Schwefelverbindungen beginnt und liegt in jedem Fall oberhalb von 300 °C. Dabei kann zunächst eine Temperaturerhöhung auf eine Temperatur innerhalb des Desorptions-Temperatur- bereichs zwischen 300°C und 500°C angesteuert werden oder auch eine Temperatur innerhalb des Regenerations-Temperaturbereichs zwischen 550°C und 750°C.
Gleichzeitig oder im nächsten Verfahrensschritt 11 beginnt die Überwachung der im Abgasstrom stromabwärts des Partikelfilters enthaltenen Partikelmasse mittels eines stromabwärts des Partikelfilters im Abgasstrom angeordneten elektrostatischen Partikelmasse-Sensors (ePM-S) , der einen von der Partikelmasse abhängigen Partikelmasse-Istwertes (PM_Iw) erzeugt und als elektrisches Signal beispielsweise der CPU oder einer separat dazu eingerichteten Recheneinheit zuführt.
Im weiteren Verfahrensschritt 12 wird nun der vom ePM-S erzeugte Partikelmasse-Istwertes (PM_Iw) mit einem vorgegebenen Partikelmasse-Schwellenwert (PM_Sw) verglichen, oberhalb dessen die Bildung von Weißrauch zu erwarten ist. Im nächsten Verfahrensschritt 13 erfolgt, je nach Ergebnis des Vergleichs aus Verfahrensschritt 12, eine Verzweigung des Verfahrensablaufs .
Sofern der Partikelmasse-Istwert (PM_Iw) größer ist als der vorgegebene Partikelmasse-Schwellenwert (PM_Sw) , also der PM_Iw den PM_Sw überschreitet, erfolgt die Verzweigung hin zu Ver¬ fahrensschritt 14, in dem die Abgastemperatur (PM_Iw) auf eine Desorptions-Temperatur (Ds_T) zur Freisetzung von im Partikelfilter eingelagerten Schwefelverbindungen eingestellt wird. Durch wiederkehrendes Durchlaufen der Verfahrensschritte 12, 13 und 14 bleibt die Desorptions-Temperatur (Ds_T) so lange eingestellt, bis der PM_Iw den PM_Sw unterschreitet. Alternativ zu der oben genannten Vorgehensweise in Verfahrensschritt 14 kann die Abgastemperatur (Ag_T) in Abhängigkeit von dem, mit dem elektrostatischen Partikelmasse-Sensors (ePM_S) gemessenen Partikelmasse-Istwert (PM_Iw) so geregelt werden, dass der Partikelmasse-Istwert (PM_Iw) unterhalb des Parti¬ kelmasse-Schwellenwertes (PM_Sw) jedoch oberhalb eines unteren Partikelmasse-Genzwertes (PM_Gw) bleibt, was gewährleistet, dass kein Weißrauch entsteht.
Diese alternative „Desorption-Regelung" ist in Figur 2 durch die gestrichelte Verbindung zwischen Verfahrensschritt 11 und 14 sowie die in Verfahrensschritt 14 und die in Klammern eingefügte zusätzliche Bedingung PM_Gw < PM-Iw < PM_Sw dargestellt.
Vorzugsweise wird der Partikelmasse-Istwert auf einen Wert eingeregelt, der im oberen Drittel des durch Partikelmasse- Schwellenwert und Partikelmasse-Grenzwert aufgespannten Be¬ reichs, also in der Nähe des Partikelmasse-Schwellenwertes liegt. Dies hat den Vorteil, dass die Desorptionsgeschwindigkeit nahe der Grenze zur Weißrauchbildung liegt und so die Dauer der Desorption verkürzt werden kann.
Ergibt der Vergleich in Verfahrensschritt 12, dass der PM-Iw den PM_Sw unterschreitet bzw. nicht überschreitet, ist dies ein Zeichen, dass keine signifikante Beladung des Partikelfilters mit Schwefelverbindungen mehr vorliegt (oder bereits bei Beginn des Verfahrens nicht vorgelegen hat) und die eigentliche Re¬ generation des Partikelfilters erfolgen kann. Es erfolgt somit die Verzweigung hin zu Verfahrensschritt 15, in dem die Ab¬ gastemperatur (Ag_T)auf eine Regenerations-Temperatur (Rg_T) , zum Abbrennen der Partikelbeladung des Partikelfilters, für eine vorbestimmte Zeitspanne eingestellt wird. Die Zeitspanne wird dabei so vorbestimmt, dass die Partikelbeladung des Partikel¬ filters vollständig entfernt ist.
Nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne wird dann im Verfahrensschritt 16 die Regenerationsphase durch Absenkung der Abgastemperatur (Ag_T) auf das Normalbetriebsniveau.
In Figur 3 ist eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines elektrostatischen Partikelmasse-Sensors 7 (ePM-S) zu sehen. Der ePM-S 7 weist in einem Sensorgehäuse 71 gegenseitig beabstandete Elektroden 72 auf die ein elektrisches Feld ausbilden. Durch dieses elektrische Feld zwischen den Elektroden 72 hindurch wird ein Teil des mit Partikeln und Schwefelver- bindungen beladenen Abgasstromes AGS (mit Pfeilen dargestellt) geleitet. Dabei werden elektrische Ladungen zwischen den Elektroden 72 übertragen, was als elektrisches Signal messbar ist, das zu der Partikelmasse und dem Schwefelgehalt des Ab¬ gasstromes AGS proportional ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters im Abgassystem eines Verbrennungsmotors im Betrieb, das die folgenden Schritte aufweist:
- Zum Start einer Regenerationsphase, Erhöhung einer gemessenen Abgastemperatur von einem Normalbetriebsniveau auf einen Temperaturwert oberhalb einer Desorptions-Starttemperatur, ab der die Freisetzung von im Partikelfilter eingelagerten
Schwefelverbindungen beginnt,
- Überwachen der im Abgasstrom stromabwärts des Partikelfilters enthaltenen Partikelmasse mittels eines stromabwärts des Partikelfilters im Abgasstrom angeordneten elektrostatischen Partikelmasse-Sensors (ePM-S) und erzeugen eines von der Partikelmasse abhängigen Partikelmasse-Istwertes,
Vergleichen des erzeugten Partikelmasse-Istwertes mit einem vorgegebenen Partikelmasse-Schwellenwert, ab dem die Bildung von Weißrauch zu erwarten ist,
- bei Überschreitung des Partikelmasse-Schwellenwertes, ein- stellen der Abgastemperatur auf eine Desorptions-Temperatur zur
Freisetzung von im Partikelfilter eingelagerten Schwefelverbindungen so lange, bis der Partikelmasse-Istwert den Parti¬ kelmasse-Schwellenwert unterschreitet,
- bei Unterschreitung des Partikelmasse-Schwellenwertes, einstellen der Abgastemperatur auf eine Regenerations-Temperatur zum Abbrennen der Partikelbeladung des Partikelfilters für eine vorbestimmte Zeitspanne,
- nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne, Beendung der Regenerationsphase durch Absenkung der Abgastemperatur auf das Normalbetriebsniveau.
2. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Start der Rege¬ nerationsphase die Abgastemperatur auf die Desorptionstempe- ratur angehoben wird.
3. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters gemäß An¬ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Start der Regene¬ rationsphase die Abgastemperatur auf die Regenerations-Temperatur angehoben wird.
4. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Desorptions-Temperatur in einem Temperaturbereich von 300°C bis 500°C liegt.
5. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Re¬ generations-Temperatur in einem Temperaturbereich von 550°C bis 750°C liegt.
6. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Über¬ schreitung des Partikelmasse-Schwellenwertes, die Abgastem¬ peratur in Abhängigkeit von dem Partikelmasse-Istwert so ge- regelt wird, dass der Partikelmasse-Istwert unterhalb des
Partikelmasse-Schwellenwertes jedoch oberhalb eines unteren Partikelmasse-Grenzwertes bleibt, was gewährleistet, dass die Desorption erfolgt jedoch kein Weißrauch entsteht.
7. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab¬ gastemperatur eingestellt oder geregelt wird mittels einer elektronischen Motor-Steuereinheit durch geeignete Einstellung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der gemessenen Abgastemperatur und dem Partikelmasse-Istwert .
8. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrostatische Partikelmasse-Sensors (ePM-S) gegenseitig beabstandete Elektroden aufweist, die ein elektrisches Feld ausbilden, durch das ein Teil des mit Partikeln und Schwefelverbindungen beladenen Abgasstromes geleitet wird, wobei elektrische Ladungen zwischen den Elektroden übertragen werden, was als elektrisches Signal messbar ist, das zu der Partikelmasse und dem Schwefelgehalt des Abgasstromes proportional ist.
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