DE3728713A1

DE3728713A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines abgasbrenners

Info

Publication number: DE3728713A1
Application number: DE19873728713
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Goerlich
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: GOERLICH, DIETER, DR.-ING., 82275 EMMERING, DE
Priority date: 1987-08-28
Filing date: 1987-08-28
Publication date: 1989-03-09
Also published as: US4887426A; JPH0192511A; DE3728713C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasbrenners, insbesondere bei der Regenera tion von Rußfiltern oder dergleichen, bei dem der Ab gasbrenner zur Einleitung der Regeneration oder der gleichen eingeschaltet wird. Ferner befaßt sich die Erfindung auch mit einer Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasbrenners der vorstehend genannten Art, die eine Einschalteinrichtung für den Abgasbrenner zur Ein leitung der Regeneration oder dergleichen hat.

Bei Regenerierungsanlagen, insbesondere von Rußfiltern bei Diesel-Brennkraftmaschinen, unter Verwendung eines Abgasbrenners hat sich gezeigt, daß der Sauerstoffan teil in den Abgasen Schwankungen unterworfen ist. Dies hängt hauptsächlich vom momentanen Betriebspunkt im Mo torkennfeld ab. Bei geringem Sauerstoffgehalt im Abgas jedoch bereitet das Starten, d.h. Zünden des Abgasbren ners, der mit den Abgasen als Sauerstoffträger betrie ben wird, äußerst große Schwierigkeiten. In vielen Fäl len reicht die bisher von einer Zündeinrichtung gelie ferte Zündfunkenenergie nicht aus. Somit kann die Rege neration einer beispielsweise nachgeschalteten Rußfil teranlage nicht zufriedenstellend eingeleitet werden.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasbrenners der ein gangs genannten Art bereitzustellen, mit denen in zu verlässiger Weise der Abgasbrenner gezündet werden kann.

Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Verfahren zum Betrei ben eines Abgasbrenners, insbesondere bei der Regenera tion von Rußfiltern oder dergleichen, bei dem der Ab gasbrenner zur Einleitung der Regeneration oder derglei chen eingeschaltet wird, dadurch aus, daß die Einschal tung nur dann erfolgt, wenn der Sauerstoffgehalt im Ab gas einen hohen Wert hat und/oder die Durchströmungsge schwindigkeit hinreichend klein ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Ab gasbrenners wird daher der Sauerstoffgehalt im als Sauer stoffträger für den Abgasbrenner dienenden Abgas für das Einschalten berücksichtigt und zwar neben der Durch strömungsgeschwindigkeit. Auf diese Weise können Fehl zündungen beim Abgasbrenner vermieden werden und insbe sondere kann der Regenerierungsvorgang zuverlässig ein geleitet werden. In bevorzugter Weise ist für die Ein schaltung des Abgasbrenners der Mitteldruck und/oder die Motordrehzahl maßgebend. Hierbei wird der Sauerstoffge halt des Abgases nach Maßgabe des momentanen Betriebs punktes der Brennkraftmaschine im Motorkennfeld bestimmt und einen solchen Motorbetriebspunkt mit hohem Sauer stoffgehalt im Abgas erhält man dann, wenn der Motor in einem Bereich mit kleiner Kraftstoffeinspritzmenge, d.h. kleinem Mitteldruckwert arbeitet. Auch kann gegebenen falls zusätzlich oder gesondert die Motordrehzahl für die Einschaltung maßgebend sein, die ebenfalls eine Aus sage im Hinblick auf einen hohen Sauerstoffgehalt im Ab gas vermitteln kann. Der Mitteldruck wird vorzugsweise durch die Fahrpedalstellung bestimmt. Diese für das Ein schalten maßgebende Kenngrößen lassen sich auf einfache Weise erfassen und sie werden bei den meisten Motor konstruktionen bereits für den Steuerbetrieb der Brenn kraftmaschine erfaßt, so daß die hierfür maßgebenden Meßgrößen bereits vorhanden sind und beim erfindungs gemäßen Verfahren zum Betreiben des Abgasbrenners genutzt werden können.

Eine Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasbrenners, ins besondere bei der Regeneration von Rußfiltern oder der gleichen, die eine Einschalteinrichtung für den Abgas brenner hat, zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Einschalteinrichtung des Abgasbrenners nur dann akti viert, wenn der Sauerstoffgehalt im Abgas einen hohen Wert hat.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann daher über eine Steuereinrichtung die Einschaltung des Abgas brenners in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt im Abgas betrieben werden.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung mit einer Erfas sungseinrichtung für den momentanen Mitteldruck und/oder die Motordrehzahl verbunden. Diese kann in die Steuer einrichtung integriert sein oder die Steuereinrichtung nach der Erfindung für die Vorrichtung zum Betreiben des Abgasbrenners ist mit dem möglicherweise schon vorhande nen entsprechenden Erfassungseinrichtungen verbunden. Der momentane Mitteldruck kann beispielsweise über die Kraftstoffeinspritzmenge ermittelt werden. Bei einer entsprechend kleinen Kraftstoffeinspritzmenge wird dann die Einschalteinrichtung des Abgasbrenners aktiviert. Alternativ können mit der Erfassungseinrichtung Senso ren für die Erfassung der Fahrpedalstellung und/oder der Drehzahl verbunden sein. Bei hinreichend niedriger Motordrehzahl kann dann gegebenenfalls in Abhängig keit von der Fahrpedalstellung die Einschalteinrichtung des Abgasbrenners aktiviert werden.

Selbstverständlich kann diese Erfassungseinrichtung auch noch weitere Motorbetriebskenngrößen erfassen und verarbeiten und sie dann in Abhängigkeit von den gewünschten Steuergrößen der Steuereinrichtung zulei ten.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasbrenners, und

Fig. 2 ein Beispiel eines Ablaufdiagramms in Form eines Flußdiagramms zur Erläuterung des Verfahrensablaufes nach der Erfindung zum Betreiben des Abgasbrenners.

In der schematischen Ansicht nach Fig. 1 ist mit 1 ins gesamt eine Rußfilteranlage gezeigt, die in einem Abgas trakt 12 einer Diesel-Brennkraftmaschine angeordnet ist. Diese Rußfilteranlage 1 umfaßt ein Rußfilter 2 und die sem zugeordnet einen Abgasbrenner 3, der beispielsweise mit Abgas als Sauerstoffträger betrieben wird. Der Ab gasbrenner 3 hat eine Zündeinrichtung 14 und eine Brenn stoffzufuhreinrichtung 15, die beispielsweise eine Pumpe 16 mit einem Antriebsmotor 17 und ein Magnetventil 18 umfaßt.

Zum Betreiben des Abgasbrenners 3 ist eine insgesamt mit 4 bezeichnete Vorrichtung zum Betreiben des Abgas brenners 3 gezeigt. Bei der dargestellten Ausbildungs form umfaßt die Vorrichtung 4 eine Steuereinrichtung 5, eine Einschalteinrichtung 6 und eine Erfassungseinrich tung 7 für den momentanen Betriebspunkt der Brennkraft maschine 13 in ihrem Motorkennfeld. Die Einschaltein richtung 6 ist mit der Brennstoffzufuhreinrichtung 15 und der Zündeinrichtung 14 des Abgasbrenners 3 verbun den. Die Steuereinrichtung 5 erhält als Eingänge die Ausgänge der Erfassungseinrichtung 7, wobei es sich um die Motordrehzahl n _M und/oder das Motordrehmoment M _d und/oder um den Mitteldruck P _M und/oder gegebenenfalls weitere Kenngrößen handeln kann. Für die jeweiligen in der Steuereinrichtung 5 zu verarbeitenden Kenngrößen wer den über weitere Eingänge der Steuereinrichtung 5 ent sprechende Sollwerte, wie ein Sollwert für M _d und/oder ein Sollwert für n _M und/oder ein Sollwert für p _M usw. vorgegeben.

Wenn eine Regeneration des Rußfilters 2 in der Rußfilter anlage 1 erforderlich ist, so wird in der Steuereinrich tung 5 ein Vergleich der Sollwerte mit dem von der Er fassungseinrichtung 7 gelieferten Ist-Werten vorgenommen. In Abhängigkeit von der Wahl der vorgegebenen Soll-Werte erfolgt dann die Verarbeitung in der Steuereinrichtung 5 derart, daß, wenn sich aus den Soll- und Ist-Werten und dem hierbei vorgenommenen Vergleich ergibt, daß der Sauer stoffgehalt im Abgas hoch ist, die Steuereinrichtung 5 ein Signal "Brenner ein" der Einschalteinrichtung 6 lie fert, die dann ihrerseits die Brennstoffzufuhreinrichtung 15 und die Zündeinrichtung 14 aktiviert. Der Abgasbren ner 3 beginnt dann zu arbeiten und kann ohne Schwierig keiten gestartet werden, da die mit dem Abgasbrenner 3 als Sauerstoffträger zu verbrennenden Abgase einen hohen Sauerstoffgehalt haben und daher relativ zünd willig sind. Die vom Abgasbrenner 3 gelieferten heis sen Verbrennungsgase werden dem zu regenerierenden Rußfilter 2 zugeleitet, so daß die Regenerierung des selben eingeleitet werden kann.

Mit der Erfassungseinrichtung 7 sind beim dargestell ten Ausführungsbeispiel mehrere Sensoren verbunden, deren Ausgänge der Erfassungseinrichtung 7 zugeleitet werden. Hierbei kann es sich um einen Sensor 8 für die Durchströmungsgeschwindigkeit, einen Einspritzmen gensensor 9, aus dem sich der Mitteldruck ermitteln läßt, einen Fahrpedalstellungssensor 10, einen Drehzahl sensor 11 oder ähnliche Einrichtungen handeln.

Wenn der Brennkraftmaschine aus irgendwelchen anderen regelungstechnischen Gründen, beispielsweise zur Steue rung des Motorbetriebs, bereits entsprechende Sensoren zugeordnet sind, so kann sich die in der Figur darge stellte Auslegung dahingehend vereinfachen, daß die ent sprechenden Ausgänge dieser vorhandenen Sensoren entwe der direkt der Erfassungseinrichtung 7 zugeleitet wer den können oder daß gegebenenfalls die Ausgänge direkt der Steuereinrichtung 5 zugeleitet werden, die dann der Einschalteinrichtung 6 die entsprechenden Signale lie fert. Alternativ ist es natürlich auch möglich, die Steuereinrichtung 5 für die Ansteuerung des Abgasbrenners 3 in ein Gesamtsteuersystem für die Brennkraftmaschine einzubinden. Da in solchen Fällen meist ein Mikroprozes sor vorhanden ist, reicht es dann aus, entsprechende Ver arbeitungsschritte bei der programmierten Verarbeitung der Informationen in den Mikroprozessor vorzusehen, und dann über den Mikroprozessor direkt die Einschaltein richtung 6 für den Abgasbrenner 3 anzusteuern.

Anhand von Fig. 2 wird schematisch der Ablauf des er findungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Abgas brenners 3 erläutert. Zuerst werden beispielsweise die Soll- und Ist-Werte für die Motordrehzahl n _M vergli chen. Wenn der Ist-Wert n _M kleiner dem Sollwert n _M- Soll ist, so wird in einem anschließenden Schritt ein Vergleich der Mitteldruckwerte M _d vorgenommen. Wenn der Ist-Wert für den Mitteldruck M _d kleiner dem Sollwert für den Mitteldruck M _d-Soll ist, so wird über die in Fig. 1 beispielsweise dargestellte Einschalteinrich tung 6 der Abgasbrenner 3 eingeschaltet. Hierzu wird die Pumpe 16 der Brennstoffzufuhreinrichtung 15 einge schaltet, und die Zündeinrichtung 14 des Abgasbrenners 3 wird dann anschließend in Betrieb genommen. Auch das Magnetventil 18 in der Brennstoffzufuhreinrichtung 15 wird geöffnet. Hieran anschließend wird dann das Arbei ten des Abgasbrenners 3 entsprechend dem gewünschten Betriebsablauf gesteuert.

Wenn hingegen der Ist-Wert der Motordrehzahl n _M und/ oder der Mitteldruckwert M _d größer oder gleich den ent sprechenden Sollwerten ist, so wird die Einschaltein richtung 6 nicht aktiviert und der programmatische Ver fahrensablauf wird dann wiederum mit den Vergleichen der als Beispiele angegebenen Ist- und Soll-Werte fort geführt, bis die in Fig. 2 in den ersten beiden Schrit ten angegebenen Bedingungen erfüllt sind.

Entsprechend dem mit der Erfassungseinrichtung erfaß ten Größen können natürlich auf analoge Weise auch noch weitere Einflußgrößen erfaßt werden, um eine zuverlässi ge Aussage dahingehend zu erhalten, daß im Abgas ein hoher Sauerstoffgehalt vorhanden ist.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. So können bei spielsweise für die Bestimmung des hohen Sauerstoff gehalts im Abgas mehrere der vorstehend beschriebenen Kenngrößen berücksichtigt werden oder es kann eine Aus wahl hiervon getroffen werden oder es können gegebenen falls diese Kenngrößen in Abhängigkeit von weiteren Kenngrößen miteinander verknüpft werden. Auch ist es natürlich möglich, einen Sauerstoffsensor im Abgas trakt 12 der Rußfilteranlage 1 anzuordnen und dieser vorzuschalten, so daß man den Sauerstoffgehalt im Ab gas direkt erfassen und messen kann und dann durch Vor gabe eines Soll-Wertes oder Schwell-Wertes die Einschalt einrichtung 6 für den Abgasbrenner 3 in entsprechender Weise direkt steuert.

Bezugszeichenliste:

1 Rußfilteranlage insgesamt
2 Rußfilter
3 Abgasbrenner
4 Vorrichtung zum Betreiben des Abgasbrenners 3 insgesamt
5 Steuereinrichtung
6 Einschalteinrichtung
7 Erfassungseinrichtung
8 Sensor für Durchströmungsgeschwindigkeit
9 Einspritzmengensensor
10 Fahrpedalstellungssensor
11 Drehzahlsensor
12 Abgastrakt insgesamt
13 Diesel-Brennkraftmaschine
14 Zündeinrichtung
15 Brennstoffzufuhreinrichtung
16 Pumpe
17 Motor
18 Magnetventil

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Abgasbrenners, insbe sondere bei der Regeneration von Rußfiltern oder der gleichen, bei dem der Abgasbrenner zur Einleitung der Regeneration oder dergleichen eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein schaltung nur dann erfolgt, wenn der Sauerstoffge halt im Abgas einen hohen Wert hat, und/oder die Durchströmungsgeschwindigkeit hinreichend klein ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß für die Einschaltung des Ab gasbrenners der Mitteldruck und/oder die Motordreh zahl maßgebend ist oder sind.

3. Verfahren zum Betreiben eines Abgasbrenners nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitteldruck durch die Fahrpedalstellung bestimmt wird.

4. Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasbrenners, ins besondere bei der Regeneration von Rußfiltern oder dergleichen, mit einer Einschalteinrichtung für den Abgasbrenner, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (5), die die Einschaltein richtung (6) des Abgasbrenners (3) nur dann akti viert, wenn der Sauerstoffgehalt im Abgas einen ho hen Wert hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) mit einer Erfassungseinrichtung (7) für den momentanen Mitteldruck und/oder die Motordrehzahl verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß mit der Erfassungsein richtung (7) Sensoren (10) für die Erfassung der Fahrpedalstellung und/oder der Drehzahl verbunden sind.