DE102008039586B4

DE102008039586B4 - Verkokung entgegenwirkendes Einspritzsystem für Partikelfilter

Info

Publication number: DE102008039586B4
Application number: DE102008039586.2A
Authority: DE
Inventors: David B. Brown; Michael J. Paratore jun.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2028-08-26
Also published as: CN101545391B; DE102008039586A1; CN101545391A

Abstract

System umfassend: ein Einspritzventil (52) zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in eine Abgasanlage; ein Steuermodul (32), das der Abgasanlage unter Verwendung des Einspritzventils (52) Kraftstoff zuführt, um Partikelmaterial in dem Partikelfilter (31) zu verbrennen, wenn das Steuermodul (32) ermittelt, dass Regeneration erforderlich ist, und das Kraftstoff selektiv zuführt, um das Einspritzventil (52) während Zeiträumen zu betätigen, in denen das Steuermodul (32) ermittelt, dass Regeneration nicht erforderlich ist; einen Abgastemperatursensor (34), der eine Abgastemperatur erfasst; und einen Zeitnehmer (67), der einen Zeitraum seit einer letzten Einspritzung unter Verwendung des Einspritzventils (52) ermittelt; dadurch gekennzeichnet, dass ein Degradationsmodul (65) vorgesehen ist, das eine Degradation des Einspritzventils (52) beruhend auf der Abgastemperatur und dem Zeitraum ermittelt, indem es beruhend auf der Abgastemperatur und dem Zeitraum einen Degradationsfaktor bestimmt, den es solange aufintegriert, bis er größer als ein Degradationsmindestwert ist, wobei das Steuermodul (32) das selektive Zuführen von Kraftstoff erst dann ausführt, wenn der Wert des aufintegrierten Degradationsfaktors größer als der Degradationsmindestwert ist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechend ausgebildetes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 zur Sicherung der Funktionstüchtigkeit eines Kraftstoffeinspritzventils, mit dem sich Kraftstoff in die Abgasanlage einspritzen lässt.
Solche ein System ist beispielsweise aus der JP 2005-106047 A bekannt geworden.
Hintergrund
Brennkraftmaschinen wie Dieselbrennkraftmaschinen erzeugen Partikel, die typischerweise durch einen Partikelfilter (PF) aus Abgas gefiltert werden. Der PF ist in einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordnet. Der PF senkt die Emission von Partikelmaterial, das während Verbrennung erzeugt wird. Im Laufe der Zeit wird der PF voll und das zurückgehaltene Partikelmaterial muss entfernt werden. Während Regeneration wird das Partikelmaterial in dem PF verbrannt.
Ein Brennkraftmaschinensteuersystem kann das Ablagern des Partikelmaterials schätzen und ermitteln, wann der Filter einer Regeneration bedarf. Sobald Regeneration erforderlich ist, ermöglicht das Steuersystem durch Einspritzen von Kraftstoff in die Abgasanlage eine Regeneration. Die während der Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs in dem Dieseloxidationskatalysator freigesetzte Wärme erhöht die Abgastemperatur, die das zurückgehaltene Partikelmaterial in dem PF verbrennt. In manchen Systemen werden die Einspritzventile der Brennkraftmaschine genutzt, um Kraftstoff durch vorübergehendes Anreichern des Kraftstoff/Luft-Gemisches zu steigern. Der Kraftstoffüberschuss in dem Abgas nach der Verbrennung wird zum Anheben der Temperatur des PF verwendet.
Andere Systeme nutzen ein Kraftstoffeinspritzventil, das von den der Kraftstoffanlage zugeordneten Einspritzventilen getrennt ist. Das Einspritzventil spritzt Kraftstoff in die Abgasanlage. Aufgrund von Verkokung oder Ablagerungsbildung in Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, die Abgasbedingungen ausgesetzt sind, können Leistungsprobleme auftreten. Dadurch können die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen schlechte Haltbarkeit aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System und ein Verfahren anzugeben, womit sich die Funktionstüchtigkeit solch einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung dauerhaft sicherstellen lässt.
Zusammenfassung
Diese Aufgabe wird mit einem System mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Bei anderen Merkmalen erfasst ein Abgastemperatursensor eine Abgastemperatur. Ein Zeitnehmer ermittelt einen Zeitraum seit einer letzten Einspritzung unter Verwendung des mindestens einen zweiten Einspritzventils. Ein Degradationsmodul ermittelt beruhend auf der Abgastemperatur und dem Zeitraum seit einer letzten Einspritzung unter Verwendung des mindestens einen zweiten Einspritzventils eine Degradation des mindestens einen zweiten Einspritzventils. Das Steuermodul gibt beruhend auf Freigabebedingungen selektiv ein Betätigen des mindestens einen zweiten Einspritzventils frei. Die Freigabebedingungen umfassen mindestens eines von: Abgastemperatur, Brennkraftmaschinenmodus und einem Zeitraum seit einer letzten Verwendung des mindestens einen zweiten Einspritzventils.
Weitere Gebiete der Anwendbarkeit gehen aus der hierin vorgesehenen Beschreibung hervor.
Zeichnungen
1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Brennkraftmaschinensystems nach der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Regenerationssystems nach der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt ein beispielhaftes Regenerationseinspritzventil;
4 zeigt ein Verfahren zum Verringern von Verkokungsablagerungen; und
5 zeigt Einspritzmenge als Funktion von Temperatur und Zeit.
Eingehende Beschreibung
Es versteht sich, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. Wie hierin verwendet bezieht sich der Begriff Modul auf eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, kurz vom engl. Application Specific Integrated Circuit), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Die hierin beschriebene Verkokung und Ablagerungsbildung kann insbesondere bei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen ein Problem darstellen, die Abgasbedingungen ausgesetzt sind und die relativ selten verwendet werden. Bei diesen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen kann es Zeitintervalle der Inaktivität geben, in denen es zu Oxidation von verbleibendem Kraftstoff und Polymerisation kommen kann.
Einspritzvorrichtungen können zum Beispiel zum Erleichtern oder Unterstützen der Regeneration von Dieselpartikelfiltern (PF) verwendet werden. Das Regenerationsintervall kann sporadisch sein. Das Regenerationsintervall kann nur zum Beispiel so lang wie mehrere hundert Meilen sein. Die Einspritzvorrichtung kann lediglich beispielshalber nur bei Bedarf betrieben werden. Typischerweise kann das Einspritzventil alle 8–10 Betriebsstunden für etwa 15–30 Minuten verwendet werden. Die vorstehend beschriebenen Regenerationsintervalle sehen Zeiträume vor, während denen Probleme der Ablagerungsbildung oder Kraftstoffverkokung auftreten können.
Die vorliegende Offenbarung mindert die Verschlechterung von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, die in den Abgasanlagen von Automobilprodukten verwendet werden. Die vorliegende Offenbarung überwacht und modelliert die Bedingungen in der Fahrzeugabgasanlage. Die vorliegende Offenbarung ermittelt einen geeigneten Ablaufplan für die Kraftstoffeinspritzanlage zum Betätigen des Einspritzventils, der Kraftstoffverbrauch- und Schadstoffbegrenzungsprobleme minimiert, während er die Haltbarkeit der Kraftstoffeinspritzanlage verbessert. Dadurch können kostengünstigere Hardware und Kraftstoffeinspritzkomponenten verwendet werden. Wie ersichtlich ist, beschreibt die vorliegende Offenbarung zwar eine Dieselbrennkraftmaschinenanwendung, doch kann die vorliegende Offenbarung auch auf Brennkraftmaschinen mit einem Partikelfilter sowie selektiver katalytischer Reduktion (SCR, kurz vom engl. Selective Catalyst Reduction) mit Kohlenwasserstoff (HC) angewendet werden.
Unter Bezug nun auf 1 umfasst ein Fahrzeug 10 ein Brennkraftmaschinensteuersystem. Das Brennkraftmaschinensteuersystem 12 umfasst eine Brennkraftmaschine 14, einen Ansaugkrümmer 16, eine Common-Rail-Kraftstoffeinspritzanlage 18 und einen Turbolader 27. Die Brennkraftmaschine 14 umfasst sechs Zylinder 22, die in benachbarten Zylinderbänken 24 und 26 und in einer V-Anordnung ausgelegt sind.
Auch wenn 1 sechs Zylinder 22 zeigt, versteht sich, dass die Brennkraftmaschine 14 zusätzliche oder weniger Zylinder 22 umfassen kann. Zum Beispiel werden Brennkraftmaschinen mit 2, 3, 4, 5, 8, 10, 12 und 16 Zylindern in Betracht gezogen. Es versteht sich auch, dass die Brennkraftmaschine 14 eine Reihenzylinderauslegung aufweisen kann. Während eine turbogeladene Dieselbrennkraftmaschine gezeigt wird, findet die vorliegende Offenbarung auch bei anderen Brennkraftmaschinen, beispielsweise Saugbrennkraftmaschinen oder geladenen Brennkraftmaschinen, Anwendung.
Durch den durch einen Brennkraftmaschinenturbolader 27 erzeugten Einlassunterdruck wird Luft in den Ansaugkrümmer 16 gesaugt. Von dem Ansaugkrümmer 16 wird Luft in die einzelnen Zylinder 22 geleitet und darin verdichtet. Von der Common-Rail-Einspritzanlage 18 wird Kraftstoff eingespritzt, und die Wärme der verdichteten Luft zündet das Kraftstoff/Luft-Gemisch. Von den Zylindern wird Abgas durch Abgasleitungen 28 abgelassen. Das Abgas treibt den Turbolader 27 an, der in die Zylinder 22 zusätzliche Luft für die Verbrennung liefert.
Das Abgas dringt in einen Dieseloxidationskatalysator (DOC, kurz vom engl. Diesel Oxidation Catalyst) 30 ein, der chemische Reaktionen mit Kraftstoffüberschuss in den Abgasen erleichtert. Abgase von dem DOC 30 treten durch einen Partikelmaterial(PM)-Filter 31, der dem Abgasstrom PM entzieht. Die Abgase treten aus dem PM-Filter 31 aus.
Ein Steuermodul 32 steuert den Betrieb des Brennkraftmaschinensteuersystems 12. Genauer gesagt steuert das Steuermodul 32 die Brennkraftmaschinensystemabläufe beruhend auf verschiedenen Parametern. Das Steuermodul 32 kann zum Beispiel in einem Brennkraftmaschinensteuermodul (ECM, kurz vom engl. Engine Control Module) oder einem Fahrzeugcomputer implementiert sein oder kann ein unabhängiges Steuergerät sein.
Das Steuermodul 32 kann auch Brennkraftmaschinensystemdiagnose durchführen. Das Steuermodul 32 kann zum Beispiel einen ordnungsgemäßen Betrieb des DOC 30 prüfen. Ferner kann das Steuermodul 32 durch Oxidieren von Kraftstoff in dem DOC 30 einen Kraftstoffnacheinspritzungsprozess zum Erwärmen der Abgase zu dem PM-Filter 31 auslösen. Das Steuermodul 32 kann von einem Einlasstemperatursensor 34, der die Temperatur von Abgasen an der Öffnung des DOC 30 erfasst, ein Temperatursignal empfangen. Das Steuermodul 32 kann auch von einem Auslasstemperatursensor 36, der die Temperatur von Abgasen erfasst, die aus dem DOC 30 austreten, ein Temperatursignal empfangen. Das Steuermodul 32 kann von einem Abgasdrucksensor 37, der den Luftdruck in der Abgasanlage erfasst, ein Drucksignal empfangen.
Von einem Drehzahlmesser 38 in der Brennkraftmaschine 14 kann das Steuermodul 32 ein Drehzahlsignal empfangen. Das Steuermodul 32 kann von einem Brennkraftmaschinenkühlmittelsensor 39, der eine Temperatur von Kühlmittel in der Brennkraftmaschine 14 erfasst, ein Temperatursignal empfangen. Von einem Einlasslufttemperatursensor 40, der eine Einlasslufttemperatur der Brennkraftmaschine 14 detektiert, kann das Steuermodul 32 ein Temperatursignal empfangen. Das Steuermodul 32 kann von einem Umgebungsdrucksensor 41, der einen Druck der Luft außerhalb der Brennkraftmaschine 14 erfasst, ein Drucksignal empfangen. Von einem Luftmassensensor 42, der eine Rate detektiert, bei der Luft in die Brennkraftmaschine 14 strömt, kann das Steuermodul 32 ein Luftstromsignal empfangen. Es können noch andere Eingaben vorgesehen werden.
Zu verschiedenen Zeitpunkten sendet das Steuermodul 32 einen Befehl an ein Einspritzventil 50, Kraftstoff in die Abgasanlage einzuspritzen. Es kann ein Ventil 52, beispielsweise ein Tellerventil, verwendet werden. Das Steuermodul 32 kann Kraftstoff anordnen, wenn eine Regeneration des PF 31 erforderlich ist. Das Steuermodul 32 kann auch Kraftstoff anordnen, wenn eine Regeneration nicht erforderlich ist, um das Einspritzventil 50 zu betätigen.
Unter Bezug nun auf 2 kann eine Leitung von einer Kraftstoffversorgung dem Einspritzventil 50 Kraftstoff zuführen. Eine andere Leitung 62 kann einen Ausgang des Einspritzventils mit dem Ventil 52 verbinden, das benachbart zu der Abgasanlage angeordnet ist. Das Ventil 52 und das Einspritzventil 50 können bei einem Abstand D beabstandet sein, der ausreicht, um Kühlen zu ermöglichen und eine Beschädigung des Einspritzventils 50 aufgrund hoher Abgastemperaturen zu verhindern.
Es kann jedes geeignete Ventil oder Einspritzventil verwendet werden, einschließlich ein Ventil oder Einspritzventil mit niedriger Spritzdüse, wie es zum Beispiel in 3 gezeigt wird. In 3 wird ein beispielhaftes Ventil 52 gezeigt. Lediglich zum Beispiel kann das Ventil 52 ein oberes Gehäuse 70, eine innere Führung 72, einen Ventilkörper 73, eine Feder 74, eine Nadel 76 und eine untere Führung 78 umfassen.
Unter Bezug nun auf 4 und 5 beginnt die Steuerung bei Schritt 200. Bei Schritt 204 ruft die Steuerung einen Kraftstoffdegradationsfaktor als Funktion von Abgastemperatur und einem Zeitraum seit dem letzten Einspritzvorgang ab. In 5 wird zum Beispiel eine beispielhafte Beziehung zwischen Einspritzmenge, Zeit und Temperatur gezeigt. Bei Schritt 208 wird der Degradationsfaktor integriert. Es wird ein neuer Degradationsfaktor gleich einem alten Degradationsfaktor plus einem neuen Nachschlagwert gesetzt. Die Zeit seit der letzten Einspritzung wird inkrementiert.
Bei Schritt 210 ermittelt die Steuerung, ob der Degradationsfaktor größer als ein Degradationsmindestwert ist. Wenn nicht, kehrt die Steuerung zu Schritt 204 zurück. Ansonsten fährt die Steuerung mit Schritt 214 fort. Bei Schritt 214 ermittelt die Steuerung, ob die Zeit oder die integrierte Zeit seit der letzten Betätigung größer als ein vorbestimmter Zeitraum t_min ist. Wenn nicht, kehrt die Steuerung zu Schritt 204 zurück. Ansonsten fährt die Steuerung mit Schritt 218 fort und prüft die Freigabebedingungen für Einspritzventilbetätigung. Beispielhafte Freigabebedingungen umfassen Abgastemperatur, Umgebungstemperatur und Katalysatortemperatur. Andere beispielhafte Freigabebedingungen können auf einem Brennkraftmaschinenbetriebsmodus beruhen.
Die Steuerung fährt von Schritt 218 fort, und bei Schritt 222 ermittelt die Steuerung, ob die Abgastemperatur größer als eine vorbestimmte Temperatur temp_min ist. Wenn Schritt 222 falsch ist, kehrt die Steuerung zu Schritt 218 zurück. Wenn Schritt 222 richtig ist, liefert die Steuerung eine vorbestimmte Kraftstoffmenge (beispielsweise Q Gramm), um das Einspritzventil (trotz der Tatsache, dass Regeneration nicht erforderlich ist) zu betätigen. Die Steuerung fährt mit Schritt 230 und Kraftstoffdegradationsfaktor, Einspritzventilmenge und Zeit seit letzter Einspritzung auf Null fort. Die Steuerung fährt mit Schritt 204 fort.
Diese Vorgehensweise sieht ein optimales Gleichgewicht zwischen Haltbarkeit, Kraftstoffverbrauch und Schadstoffbegrenzung vor. Dieses Steuervorgehen verringert Verkokung durch Betätigen des Einspritzventils während des Zeitraums, in dem es normalerweise nicht verwendet oder benötigt wird. Die Häufigkeit der Betätigung hängt u. a. von Betriebszeit, Temperatur und Abgasströmrate ab. Die Betätigung ist unter besonders problematischen Bedingungen häufiger. Gesamtnutzung von Kraftstoff und Auswirkung auf die Emissionen sind vernachlässigbar, während die Haltbarkeit der Einspritzvorrichtung verbessert ist.

Claims

System umfassend: ein Einspritzventil (52) zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in eine Abgasanlage; ein Steuermodul (32), das der Abgasanlage unter Verwendung des Einspritzventils (52) Kraftstoff zuführt, um Partikelmaterial in dem Partikelfilter (31) zu verbrennen, wenn das Steuermodul (32) ermittelt, dass Regeneration erforderlich ist, und das Kraftstoff selektiv zuführt, um das Einspritzventil (52) während Zeiträumen zu betätigen, in denen das Steuermodul (32) ermittelt, dass Regeneration nicht erforderlich ist; einen Abgastemperatursensor (34), der eine Abgastemperatur erfasst; und einen Zeitnehmer (67), der einen Zeitraum seit einer letzten Einspritzung unter Verwendung des Einspritzventils (52) ermittelt; dadurch gekennzeichnet, dass ein Degradationsmodul (65) vorgesehen ist, das eine Degradation des Einspritzventils (52) beruhend auf der Abgastemperatur und dem Zeitraum ermittelt, indem es beruhend auf der Abgastemperatur und dem Zeitraum einen Degradationsfaktor bestimmt, den es solange aufintegriert, bis er größer als ein Degradationsmindestwert ist, wobei das Steuermodul (32) das selektive Zuführen von Kraftstoff erst dann ausführt, wenn der Wert des aufintegrierten Degradationsfaktors größer als der Degradationsmindestwert ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (32) eine Einspritzung von Kraftstoff unter Verwendung des Einspritzventils (52) beruhend auf Freigabebedingungen selektiv freigibt.
System nach Anspruch 2, wobei die Freigabebedingungen mindestens eines von: Abgastemperatur, Brennkraftmaschinenmodus und einem Zeitraum seit einer letzten Verwendung des Einspritzventils (52) umfassen.
Verfahren umfassend: Vorsehen eines Einspritzventils (52), das Kraftstoff direkt in eine Abgasanlage einspritzt; Zuführen von Kraftstoff zu der Abgasanlage unter Verwenden des Einspritzventils (52), um Partikelmaterial in dem Partikelfilter (31) zu verbrennen, wenn ein Steuermodul (32) ermittelt, dass Regeneration erforderlich ist; selektives Zuführen von Kraftstoff, um das Einspritzventil (52) während Zeiträumen zu betätigen, in denen das Steuermodul (32) ermittelt, dass Regeneration nicht erforderlich ist; Erfassen einer Abgastemperatur; und Ermitteln eines Zeitraums seit einer letzten Einspritzung unter Verwenden des Einspritzventils (52); dadurch gekennzeichnet, dass eine Degradation des Einspritzventils (52) beruhend auf der Abgastemperatur und dem Zeitraum ermittelt wird, indem beruhend auf der Abgastemperatur und dem Zeitraum ein Degradationsfaktor bestimmt wird, der solange aufintegriert wird, bis er größer als ein Degradationsmindestwert ist, wobei das selektive Zuführen von Kraftstoff erst dann ausgeführt wird, wenn der Wert des aufintegrierten Degradationsfaktors größer als der Degradationsmindestwert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin umfassend: selektives Freigeben von Kraftstoffeinspritzung unter Verwenden des Einspritzventils (52) beruhend auf Freigabebedingungen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Freigabebedingungen mindestens eines von: Abgastemperatur, Brennkraftmaschinenmodus und einem Zeitraum seit einer letzten Verwendung des Einspritzventils (52) umfassen.