DE102018106218A1

DE102018106218A1 - Verfahren zur Beladung eines Partikelfilters mit Ruß

Info

Publication number: DE102018106218A1
Application number: DE102018106218.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Görgen
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2018-07-19
Also published as: CN110273772A; DE102019106106A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beladung und Entladung eines Partikelfilters (2) eines Verbrennungsmotors (1) mit Ruß, umfassend die Schritte:a) Ermittlung einer zweiten Rußmenge im Partikelfilter (2);b) Vergleich der zweiten Rußmenge mit einem Sollwert für die Rußmenge;c) Liegt der Wert der zweiten Rußmenge unterhalb des Sollwertes für die Rußmenge, erfolgt die Durchführung einer ersten Aktion (4) zur Beladung des Partikelfilters mit einer ersten Rußmenge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beladung eines Partikelfilters eines Verbrennungsmotors mit Ruß.
Die DE102014006692A1 offenbart einen Ottomotor mit Partikelfilter und Regenerationsstrategie und Verfahren dazu.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beladung eines Partikelfilters eines Verbrennungsmotors mit Ruß, umfasst die Schritte:

a) Ermittlung einer zweiten Rußmenge im Partikelfilter;
b) Vergleich der zweiten Rußmenge mit einem Sollwert für die Rußmenge;
c) Liegt der Wert der zweiten Rußmenge unterhalb des Sollwertes für die Rußmenge, erfolgt die Durchführung einer ersten Aktion zur Beladung des Partikelfilters mit einer ersten Rußmenge.

Der Partikelfilter hat die Aufgabe, Partikel und/oder Rückstände, welche bei einer Verbrennung entstehen und welche auch als Ruß bezeichnet werden, aus einem Abgasstrom zu filtern. Das Abgas entsteht in einem Brennraum stromaufwärts des Partikelfilters. Der gefilterte Ruß verbleibt im Partikelfilter.
Die Rußmenge im Abgas erhöht sich in Fällen, in denen beispielsweise die Verbrennung nicht vollständig, also für allen Kraftstoff erfolgt, welcher in die Brennkammer eingeleitet wird. Ein Grund dafür kann ein nicht optimaler Einspritzzeitpunkt für die Verbrennung sein. Ein nicht optimaler Einspritzzeitpunkt kann vor oder nach dem optimalen Einspritzzeitpunkt liegen. Die Abweichung des Einspritzzeitpunkts vom optimalen Einspritzzeitpunkt entspricht dabei einer Kurbelwinkelabweichung von bis zu etwa 100° und/oder bis zu 100 ms. Die erste Aktion kann daher eine Verbrennung mit nicht optimalen Einspritzzeitpunkt sein, da dadurch eine gezielte Beladung des Partikelfilters mit der ersten Rußmenge ermöglicht wird.
Bei längeren Schubphasen des Verbrennungsmotors kommt es ab einer Grenztemperatur für den Partikelfilter zu einem Abbrand des Rußes im Partikelfilter. Dadurch erfolgt eine Entladung des Partikelfilters von Ruß. Bei sehr langen Schubphasen ergibt sich so eine vollständige Entladung des Partikelfilters.
Die Filterwirkung des Partikelfilters ist abhängig von der Beladung mit Ruß. Es ergibt sich eine höhere Filterwirkung für Partikelfilter, die eine Mindestbeladung mit Ruß aufweisen, im Gegensatz zu Partikelfiltern, die eine Beladung mit Ruß unterhalb der Mindestbeladung mit Ruß aufweisen. Vorzugsweise entspricht der Sollwert für die Rußmenge der Mindestbeladung, da so die Filterwirkung des Partikelfilters optimiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst den Vergleich der zweiten Rußmenge, welche sich aktuell in dem Partikelfilter befindet, mit dem Sollwert für die Rußmenge. Wird eine Beladung des Partikelfilters mit einer Rußmenge unterhalb des Sollwertes für die Rußmenge festgestellt, wird die erste Aktion durchgeführt. Die erste Aktion kann beispielsweise eine Verbrennung im Verbrennungsmotor sein, mit einem nicht optimalen Einspritzzeitpunkt. Dadurch kommt es zu einem erhöhten Auftreten von Ruß im Abgas, und damit zu einer erhöhten Rußmenge, welche im Partikelfilter verbleibt. Liegt dann die aktuelle Rußmenge im Partikelfilter auf oder oberhalb des Sollwertes für die Rußmenge, wird die Filterwirkung des Partikelfilters vorteilhafterweise erhöht. Dies ermöglicht es, die Partikeldichte im Abgas, welches stromabwärts des Partikelfilters austritt, zu reduzieren. Dies ermöglicht einen umweltschonenderen Betrieb des Verbrennungsmotors.
Das erfindungsgemäße Steuergerät, ist eingerichtet für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Steuergerät erlaubt die Ermittlung einer Beladung des Partikelfilters mit Ruß. Dies gilt auch für Fälle, in denen sich die Beladung mit Ruß erhöht oder erniedrigt. Für den Fall, dass die Rußmenge im Partikelfilter unterhalb des Sollwertes für die Rußmenge liegt, triggert das Steuergerät eine Beladung des Partikelfilters mit einer Rußmenge. Zusätzlich kann auch der Abbruch einer Entladung des Partikelfilters getriggert werden. Auf diese Weise wird eine Beladung des Partikelfilters gewährleistet, welche die Filterwirkung des Partikelfilters optimiert. Dies ermöglicht es, die Partikeldichte im Abgas, welches stromabwärts des Partikelfilters austritt, zu reduzieren. Dies ermöglicht einen umweltschonenderen Betrieb des Verbrennungsmotors.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor umfasst ein erfindungsgemäßes Steuergerät, und ist eingerichtet für die Durchführung der ersten Aktion zur Beladung des Partikelfilters mit der ersten Rußmenge, und für die Durchführung einer zweiten Aktion zur Entladung der Rußmenge aus dem Partikelfilter.
Die erste Aktion kann dabei eine Verbrennung des Verbrennungsmotors mit nicht optimalen Einspritzzeitpunkt sein. Dadurch ergibt sich eine Verbrennung, welche weniger optimal verläuft, was die Rußentwicklung während der Verbrennung erhöht. Die zweite Aktion kann eine lange Schubphase des Verbrennungsmotors sein. Ab der Grenztemperaturfür den Partikelfilter kommt es dann zu einer Reduktion der Beladung des Partikelfilters. Ebenso kann die zweite Aktion auch eine aktive Regeneration des Partikelfilters in einer Werkstatt sein. Dabei sind die Abgastemperatur und der Sauerstoffgehalt des Abgases erhöht. Dies führt zu einem Abbrand des Rußes im Partikelfilter. Der Abbruch der zweiten Aktion verhindert dabei, dass sich ein vollständiger Abbrand des Rußes im Partikelfilter ergibt. Somit wird gewährleistet, dass eine Rußmenge im Partikelfilter verbleibt und/oder der Partikelfilter mit einer Rußmenge beladen wird. Dies ermöglicht eine verbesserte Filterwirkung des Partikelfilters, und einen umweltschonenderen Betrieb des Verbrennungsmotors.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird anhand der folgenden Figur näher erläutert.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Steuergerät 3 und einen Partikelfilter 2. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Schritte:
1. a) Ermittlung der zweiten Rußmenge im Partikelfilter 2;
2. b) Vergleich der zweiten Rußmenge mit dem Sollwert für die Rußmenge;
3. c) Liegt der Wert der zweiten Rußmenge unterhalb des Sollwertes für die Rußmenge, erfolgt die Durchführung einer ersten Aktion 4 zur Beladung des Partikelfilters mit der ersten Rußmenge.

Die Schritte a)-c) werden dabei von dem Steuergerät 3 durchgeführt. Die erste Aktion 4 wird im Verbrennungsmotor 1 durchgeführt. Bei dieser handelt es sich beispielsweise um eine Verbrennung mit einem nicht optimalen Einspritzzeitpunkt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Aktion 4 eine Aktion des Verbrennungsmotors 1, bei der, bei einer Verbrennung der Einspritzzeitpunkt später oder früher als der optimale Einspritzzeitpunkt ist. Die Abweichung des Einspritzzeitpunkts vom optimalen Einspritzzeitpunkt entspricht dabei einer Kurbelwinkelabweichung von bis zu etwa 100° und/oder bis zu 100 ms.
Dabei ergibt sich eine Beladung des Partikelfilters 2 mit einer Rußmenge. Dies ermöglicht eine verbesserte Filterwirkung des Partikelfilters, und einen umweltschonenderen Betrieb des Verbrennungsmotors.
Zudem umfasst das Verfahren die Schritte

d) Ermittlung der dritten Rußmenge im Partikelfilter 2 nach der Durchführung einer zweiten Aktion 5 zur Entladung der Rußmenge aus dem Partikelfilter 2;
e) Vergleich der dritten Rußmenge mit dem Sollwert für die Rußmenge;
f) Liegt der Wert der dritten Rußmenge unterhalb des Sollwertes für die Rußmenge, erfolgt der Abbruch der zweiten Aktion 5.

In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Aktion 5 eine Schubphase des Verbrennungsmotors 1, bei der aus dem Partikelfilter 2 die Rußmenge entladen wird.
Die Schritte d)-f) werden dabei vom Steuergerät 3 durchgeführt. Die zweite Aktion 5 wird im Verbrennungsmotor 1 durchgeführt. Durch eine Schubphase, beispielsweise eine lange Schubphase über etwa einige Sekunden bis etwa 10 Sekunden, kommt es zu einer Erhöhung der Temperatur im Partikelfilter 2. Überschreitet die Temperatur im Partikelfilter 2 eine Grenztemperatur, kommt es zu einem Abbrand des Rußes im Partikelfilter 2. Dadurch reduziert sich die Menge an Ruß im Partikelfilter 2. Es erfolgt also eine Regeneration des Partikelfilters 2.
Die zweite Aktion 5 hat demnach die Entladung des Partikelfilters 2 zur Folge. Ein Abbruch der zweiten Aktion 2 bedingt daher auch einen Abbruch der Entladung des Partikelfilters 2. Dabei ist es vorteilhaft die Beladung des Partikelfilters 2 nach Abschluss der zweiten Aktion 5 zu ermitteln. Für den Fall, dass die zweite Aktion 5 eine zu geringe Rußmenge im Partikelfilter 2 hinterlassen würde, oder der Partikelfilter 2 nach der zweiten Aktion 5 vollständig ohne Beladung mit Ruß vorliegen würde, ist ein Abbruch der zweiten Aktion 5 sinnvoll. So wird gewährleistet, dass die zweite Aktion 5 nicht zu einer verminderten Filterwirkung des Partikelfilters 2 führt. Dies ermöglicht es, die Partikeldichte im Abgas, welches stromabwärts des Partikelfilters 2 austritt zu reduzieren. Zudem ermöglicht dies einen umweltschonenderen Betrieb des Verbrennungsmotors 1.
Die zweite Aktion 5 kann hierbei eine beispielsweise auch eine aktive herbeigeführte Regeneration des Partikelfilters 2 in einer Werkstatt sein. Dabei ist die vollständige Regeneration des Partikelfilters 2 das Ziel. Eine Ausführung von Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dann besonders vorteilhaft, um die Filterwirkung des Partikelfilters 2 zu optimieren.
Zudem entspricht der Sollwert für die Rußmenge, einer vierten Rußmenge im Partikelfilter 2, für die die Filterwirkung des Partikelfilters 2 maximal +/- 10% ist.
Die Filterwirkung des Partikelfilters 2 ist für eine Rußbeladung unterhalb von einigen mg bis einige 100mg nicht optimal, besonders bevorzugt sind dabei Werte um etwa 10 mg. Die vierte Rußmenge entspricht einer Menge von einigen mg bis einige 100 mg, besonders bevorzugt einer Menge um 10 mg. Für einen Sollwert für die Rußmenge, welcher der vierten Rußmenge entspricht, ergibt eine vorteilhafte Mindestmenge für den Partikelfilter 2. So wird ein Betrieb des Verbrennungsmotors 1 mit einer optimaleren Filterwirkung des Partikelfilters 2 und damit ein umweltschonender Betrieb des Verbrennungsmotors 1 ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014006692 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Beladung eines Partikelfilters (2) eines Verbrennungsmotors (1), umfassend die Schritte: a) Ermittlung einer zweiten Rußmenge im Partikelfilter (2); b) Vergleich der zweiten Rußmenge mit einem Sollwert für die Rußmenge; c) Liegt der Wert der zweiten Rußmenge unterhalb des Sollwertes für die Rußmenge, erfolgt die Durchführung einer ersten Aktion (4) zur Beladung des Partikelfilters mit einer ersten Rußmenge.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: d) Ermittlung einer dritten Rußmenge im Partikelfilter (2), welche im Partikelfilter verbleibt, nach der Durchführung einer zweiten Aktion (5) zur Entladung einer Rußmenge aus dem Partikelfilter (2); e) Vergleich der dritten Rußmenge mit dem Sollwert für die Rußmenge; f) Liegt der Wert der dritten Rußmenge unterhalb des Sollwertes für die Rußmenge, erfolgt der Abbruch der zweiten Aktion (5).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sollwert für die Rußmenge, einer vierten Rußmenge im Partikelfilter (2) entspricht, für die die Filterwirkung des Partikelfilters (2) maximal +/- 10% ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Aktion (4) eine Aktion des Verbrennungsmotors (1) ist, bei der, bei einer Verbrennung der Einspritzzeitpunkt bis zu 100° Kurbelwinkel und/oder bis zu 100 ms später oder früher als der optimale Einspritzzeitpunkt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, wobei die zweite Aktion (5) eine Schubphase des Verbrennungsmotors (1) umfasst, bei der aus dem Partikelfilter (2) die Rußmenge entladen wird.
Steuergerät (3), welches eingerichtet ist für die Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verbrennungsmotor (1), umfassend ein erfindungsgemäßes Steuergerät (3) und einen Partikelfilter (2).