DE102010021753B4 - Regeneration von Partikelfiltern - Google Patents

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Abstract

Verbrennungskraftmaschine (1), umfassend wenigstens einen Ansaugtrakt (2), wenigstens einen Abgastrakt (3), der einen Dieselpartikelfilter (10) aufweist, wobei ein Turbolader (14) zwischen Ansaugtrakt (2) und Abgastrakt (3) angeordnet ist, wenigstens einen Luftfilter (4), wenigstens eine Regel- und/oder Steuerungseinheit (5) sowie wenigstens einen Brenner (6) und eine mit dem Brenner (6) kommunizierende Luftversorgungseinheit (7) sowie wenigstens einen Luftmassensensor (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Luftversorgungseinheit (7) eine Pumpe enthält, die als Klauenverdichter ausgeführt ist, dass die Luftversorgungseinheit (7) eine kombinierte Regelvorrichtung (12) aufweist, dass die Luftversorgungseinheit eine Leistungselektronik (13) aufweist, dass die Messsignale des Luftmassensensors (8) direkt in der kombinierten Regelvorrichtung und Leistungselektronik verarbeitet werden, dass die kombinierte Regelvorrichtung und die Leistungselektronik in die Luftversorgung (7) integriert ist, dass der Luftmassensensor (8) in der Strömungsrichtung der Luft vor der Luftversorgungseinheit (7) angeordnet ist und dass die Regelvorrichtung der Luftversorgungseinheit (7) mit der Regel- und/oder Steuerungseinheit (5) derart verbunden ist, dass sie Daten austauschen können.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine.
  • Aus der EP 0 383187 B1 ist ein System zur Regenerierung eines Partikelfilters in einem Auspuffrohr eines Motors bekannt, das Fühlermittel zur Erfassung der Temperatur an der Front des Filters, eine Luftpumpe zur Versorgung der Front des Filters mit einem Luftfluss, eine Erhitzungsvorrichtung zur elektrischen Erhitzung des Filters und Steuermittel zur Energieversorgung der Erhitzungsvorrichtung und der Luftpumpe während der Regenerierung des Filters und zum Berechnen der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit der Fronttemperatur des Filters durch die Ausgangsgröße der Fühlermittel, um den Luftfluss der Luftpumpe zu steuern, so dass die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert erreicht und dadurch die Fronttemperatur des Filters auf einen vorbestimmten Zündwert ansteigt und wobei der Luftfluss in der Weise gesteuert wird, dass die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit der Fronttemperatur vermindert wird, falls ein zweiter vorbestimmter Wert überschritten wird, so dass auf diese Weise die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit der Fronttemperatur auf einen vorbestimmten Bereich begrenzt wird. Daran ist nachteilig, dass mittels einer einfachen Temperaturmessung keine zuverlässige Aussage über eine stöchiometrische Betriebsweise zu erlangen ist.
  • Aus der DE 10 2008 032 601 A1 ist ein Verfahren zum Einstellen eines Zustandes eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges bekannt.
  • Weiter werden in der Abgasnachbehandlung Regenerationsbrenner eingesetzt, um einen beladenen Rußpartikelfilter zu regenerieren. Diese Brenner stellen mittels eines Teilstrombrenners einen Teil oder mittels eines Vollstrombrenners die gesamte thermische Aktivierungsenergie zur Partikelfilterregeneration zur Verfügung. Eine in einem solchen System verwendete Luftpumpe ist ein Volumenstromförderer. Um den genauen Luftmassenstrom der Pumpe für einen stöchiometrischen Betrieb zu ermitteln, muss das Luftvolumen mit der Dichte multipliziert werden, um aus drei Sensorwerten und einem Pumpenkennfeld den Luftmassenstrom zu errechnen und annähernd zu erhalten. Abhängig von der Dichte auf der Saugseite kann der Massenstrom bei gleichbleibendem Volumenstrom variieren. Eine Einstellung des Massenstroms ist nur möglich, wenn die Temperatur und der Druck auf der Saugseite gemessen werden. Des Weiteren wird ein Drucksensor auf der Druckseite der Pumpe benötigt, um das Druckverhältnis zu errechnen. Aus dem angeforderten Massenstrom wird nun aufgrund der Dichte ein Volumenstrom ermittelt. Dieser geht mit dem Druckverhältnis in ein dreidimensionales Pumpenkennfeld ein, das eine Drehzahl ermittelt, mit der die Pumpe betrieben werden muss. Bei dieser bekannten Vorgehensweise gibt es Ungenauigkeiten z. B. durch die druck- und saugseitigen Drucksensorwerte oder die Temperatursensorwerte, sowie im Bereich des Pumpenkennfelds durch Fertigungstoleranzen des Herstellers und durch die sich ändernde Temperatur der Pumpe.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die effektiv und wirksam funktionieren.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Ein erfindungsgemäßer Brenner erhält so ein definiertes, stöchiometrisches Luft-/Kraftstoffverhältnis. Es ist von Vorteil, die bislang benötigten drei Sensoren und das Pumpenkennfeld durch einem Massenstromsensor zu ersetzen. Dieser misst z. B. den Massenstrom auf der Saugseite der Pumpe und wird von der Leistungselektronik des Verdichters direkt ausgewertet. Die gesamte Regelung des Massenstroms wird nun in die Leistungselektronik der Pumpe verlegt. Es wird der Istwert mit dem Sollwert verglichen und die Drehzahl entsprechend den stöchiometrischen Vorgaben nachgeregelt.
  • Die Vorteile dieser Erfindung liegen z. B. in der höheren Genauigkeit, da nur die Toleranz eines Sensors in den Massenstrom einfließt.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in dem geringeren baulichen Aufwand, da nur noch ein Sensor notwendig ist.
  • Die genaue Rückmeldung des Massenstromistwertes führt zu quasistöchiometrischen Oxidationsvorgängen im Brenner.
  • Dies führt auch zu Vorteilen im laufenden Betrieb, da Kraftstoff eingespart wird. In der Leistungselektronik der Pumpe wird der Istmassenstrom durch den Sensor ausgewertet. Der Sollmassenstrom wird durch das Motorsteuergerät vorgegeben. Die Stellgröße ist die Drehzahl des Pumpenmotors. Eine Anordnung der Regelung des Massenstromes in der Pumpe bzw. in deren Leistungselektronik führt zu schnelleren Reaktionen auf Massenstromeinbrüche durch wesentlich geringere Taktzeiten. Die gesamte Regelung der stöchiometrischen Versorgung des Brenners mit Luft übernimmt in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Leistungselektronik der Pumpe, wobei der Istmassenstrom an das Motorsteuergerät übermittelt wird. Somit ist dieser Regelkreis sehr schnell. Dies führt insgesamt zu einem sichereren und effektiverem Brennerbetrieb.
  • In 1 wird eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit einem Ansaugtrakt 2 und einem Abgastrakt 3 dargestellt. Im Ansaugtrakt 2 befindet sich ein Luftfilter 4. Im Abgastrakt 3 der Verbrennungskraftmaschine 1 befindet sich ein Brenner 6, ein nachgeordneter Oxidationskatalysator 9, ein Dieselpartikelfilter 10 sowie ein SCR-Katalysator 11. Im Oxidationskatalysator 9 befindet sich ein Temperatursensor 15, der die zur Prozessführung erforderliche Temperatur ermittelt und an die Regel- bzw. Steuerungseinheit 5 weiterleitet. Die Regel- bzw. Steuerungseinheit 5 ist mit der kombinierten Regelvorrichtung 12 bzw. Leistungselektronik 13 mittels Datenübertragungsverbindung verbunden. Die kombinierte der kombinierten Regelvorrichtung 12 bzw. Leistungselektronik 13 ist in die Luftversorgungseinheit 7, die in diesem Ausführungsbeispiel als Klauenverdichter ausgeführt ist, integriert, was Platz und Leitungswege spart und zu kürzeren Reaktionszeiten führt. Der Luftmassensensor 8 ist im Ansaugtrakt 2 zwischen Luftfilter 4 und Pumpe 7 angeordnet. Die Messsignale des Sensors 8 werden direkt in der kombinierten Regelvorrichtung 12 bzw. Leistungselektronik 13 verarbeitet. Ein Turbolader 14 ist zwischen Ansaugtrakt 2 und Abgastrakt 4 angeordnet. In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Vollstrombrenner zum Einsatz kommt. Bei der Verwendung eines Vollstrombrenners kann auf den Einsatz eines Oxidationskatalysators verzichtet werden.
  • 2 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit einem Ansaugtrakt 2 und einem Abgastrakt 3. Im Ansaugtrakt 2 befindet sich ein Luftfilter 4. Im Abgastrakt 3 der Verbrennungskraftmaschine 1 befindet sich ein Brenner 6, ein nachgeordneter Oxidationskatalysator 9, ein Dieselpartikelfilter 10 sowie ein SCR-Katalysator 11. Im Oxidationskatalysator 9 befindet sich ein Temperatursensor 15, der die zur Prozessführung erforderliche Temperatur ermittelt und an die Regel- bzw. Steuerungseinheit 5 weiterleitet. Die Regel- bzw. Steuerungseinheit 5 ist mit der kombinierten Regelvorrichtung 12 bzw. Leistungselektronik 13 mittels Datenübertragungsverbindung verbunden. Die kombinierte der kombinierten Regelvorrichtung 12 bzw. Leistungselektronik 13 ist in die Luftversorgungseinheit 7, die in diesem Ausführungsbeispiel als Klauenverdichter ausgeführt ist, integriert. Der Luftmassensensor 8 ist im Abgastrakt 2 zwischen Pumpe 7 und Brenner 6 angeordnet. Die Messsignale des Sensors 8 werden direkt in der kombinierten Regelvorrichtung 12 bzw. Leistungselektronik 13 verarbeitet. Ein Turbolader 14 ist zwischen Ansaugtrakt 2 und Abgastrakt 4 angeordnet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungskraftmaschine
    2
    Ansaugtrakt
    3
    Abgastrakt
    4
    Luftfilter
    5
    Regel- bzw. Steuerungseinheit
    6
    Brenner
    7
    Luftversorgungseinheit
    8
    Luftmassensensor
    9
    Oxidationskatalysator
    10
    Dieselpartikelfilter
    11
    SCR-Katalysator
    12
    Regelvorrichtung
    13
    Leistungselektronik
    14
    Turbolader
    15
    Temperatursensor

Claims (5)

  1. Verbrennungskraftmaschine (1), umfassend wenigstens einen Ansaugtrakt (2), wenigstens einen Abgastrakt (3), der einen Dieselpartikelfilter (10) aufweist, wobei ein Turbolader (14) zwischen Ansaugtrakt (2) und Abgastrakt (3) angeordnet ist, wenigstens einen Luftfilter (4), wenigstens eine Regel- und/oder Steuerungseinheit (5) sowie wenigstens einen Brenner (6) und eine mit dem Brenner (6) kommunizierende Luftversorgungseinheit (7) sowie wenigstens einen Luftmassensensor (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Luftversorgungseinheit (7) eine Pumpe enthält, die als Klauenverdichter ausgeführt ist, dass die Luftversorgungseinheit (7) eine kombinierte Regelvorrichtung (12) aufweist, dass die Luftversorgungseinheit eine Leistungselektronik (13) aufweist, dass die Messsignale des Luftmassensensors (8) direkt in der kombinierten Regelvorrichtung und Leistungselektronik verarbeitet werden, dass die kombinierte Regelvorrichtung und die Leistungselektronik in die Luftversorgung (7) integriert ist, dass der Luftmassensensor (8) in der Strömungsrichtung der Luft vor der Luftversorgungseinheit (7) angeordnet ist und dass die Regelvorrichtung der Luftversorgungseinheit (7) mit der Regel- und/oder Steuerungseinheit (5) derart verbunden ist, dass sie Daten austauschen können.
  2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Oxidationskatalysator (9) aufweist.
  3. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen SCR-Katalysator (11) aufweist.
  4. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassensensor (8) in der Strömungsrichtung der Luft nach der Luftversorgungseinheit (7) angeordnet ist.
  5. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche zum Einsatz kommt, bei der der Istmassenstrom durch den Luftmassensensor (8) in der Leistungselektronik der Pumpe ausgewertet wird, wobei die gesamte Regelung der stöchiometrischen Versorgung des Brenners (6) mit Luft die Leistungselektronik (13) der Pumpe übernimmt, wobei der Istmassenstrom in das Motorsteuergerät übermittelt wird.
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