DE3912301A1 - Verfahren zur regeneration eines in der abgasleitung einer luftverdichtenden brennkraftmaschine angeordneten russpartikelfilters - Google Patents
Verfahren zur regeneration eines in der abgasleitung einer luftverdichtenden brennkraftmaschine angeordneten russpartikelfiltersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration ei
nes in der Abgasleitung einer luftverdichtenden Brenn
kraftmaschine angeordneten Rußpartikelfilters gemäß Ober
begriff des Hauptanspruches.
Aus der EP-PS 10 384 ist es bekannt, die Abgastemperatur
zur Regeneration eines Rußpartikelfilters durch Drosselung
des Ansaugluftstromes anzuheben. Die hierzu eingesetzte
Steuerung sieht unter anderem vor, bei sehr hohen Tempe
raturen des Rußfilterkörpers die Drosselklappe bzw. das
Drosselklappensystem in Öffnungsstellung zu führen. Wird
die Brennkraftmaschine nun in einem hohen Lastbereich ge
fahren, also in einem Bereich, in welchem ohnehin schon
hohe Abgastemperaturen vorliegen, und läuft zudem gerade
noch eine Regenerationsphase ab, so liegt, nicht zuletzt
auch aufgrund des exothermen Verlaufes der Rußpartikel
oxidation, eine so hohe Rußfilterkörpertemperatur vor, daß
die Drosselklappe über die Steuerung in Öffnungsstellung
gehalten wird. Wird die Brennkraftmaschine nun schlagartig
im Schubbetrieb gefahren, d.h. also mit Nullast oder na
hezu Nullast, so ist im Abgas sofort ein Sauerstoffüber
angebot gegeben, was dazu führt, daß durch die starke
Exothermie der Reaktion der Rußpartikel mit dem reichhal
tigen Sauerstoff die Schmelztemperatur des Rußfilterkör
permaterials zumindest stellenweise überschritten wird, so
daß mit einer Beschädigung des Rußfilters zu rechnen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschrie
benen Art aufzuzeigen, bei welchem eine Beschädigung des
Rußfilterkörpers beim Übergang in den Schubbetrieb der
Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem Übergang aus
höheren Lastbereichen, verhindert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß
unmittelbar nach einem Übergang in den Schubbetrieb der
Brennkraftmaschine das Sauerstoffangebot im Abgas begrenzt
gehalten wird. Dadurch wird eine explosionsartige Umset
zung der Rußpartikel und demzufolge eine thermische Über
belastung des Rußfilterkörpers verhindert. Um jedoch zu
gewährleisten, daß eine schon im Gang befindliche Rußfil
terregeneration trotzdem mit ausreichend Sauerstoff ver
sorgt wird, wird die Einrichtung zur Steuerung des
Ansaugleitungsquerschnittes, nachdem sie die den Ansaug
leitungsquerschnitt auf ein Minimum reduzierende Stellung
erreicht hat, langsam wieder in die Öffnungsstellung
rückgeführt.
Eine Beeinträchtigung der Fahrbarkeit und eine zu große
Reduzierung der Luftverhältniszahl infolge einer plötz
lichen Lastvorgabe während dieser Rückführungsphase wird
durch die Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2
verhindert. Diese Ausgestaltung hat darüber hinaus den
Vorteil, daß ein Stillstand der Brennkraftmaschine infolge
eines Drehzahlabfalles während des Zeitraumes, in welchem
sich die Einrichtung zur Steuerung des Ansaugluftstromes
nicht in der Öffnungsstellung befindet, nicht zu befürch
ten ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und
eine vorteilhafte Vorrichtung zu dessen Durchführung sind
den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Zeichnung anhand
eines Ausführungsbeispieles dargestellt.
Im einzelnen zeigt
Fig. 1 eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Prin
zipdarstellung und
Fig. 2 die Funktionsweise der in Fig. 1 mit 13 be
zeichneten elektronischen Steuereinheit.
In Fig. 1 bezeichnet 1 die Ansaugleitung einer in der
Zeichnung nicht dargestellten luftverdichtenden Ein
spritzbrennkraftmaschine, in deren ebenfalls nicht darge
stellter Abgasleitung ein Rußpartikelfilter angeordnet
ist, welcher durch Abbrennen der von ihm aus dem Abgas
strom ausgefilterten Rußpartikel regenerierbar ist. In der
Ansaugleitung ist eine Drosselklappe 2 angeordnet, welche
über ein Gestänge 33 von einer Unterdruckdose 3 aus betä
tigbar ist. An die Unterdruckdose 3 ist ein Pneumatiklei
tungssystem 4 angeschlossen, welches wiederum mit einer
von der Brennkraftmaschine angetriebenen Unterdruckpumpe
5, deren Fördervolumen verstellbar ist, in Verbindung
steht. In der Pneumatikleitung 6 ist ein Absperrventil 7
angeordnet. Ferner sind zwischen dem Anschluß an die Un
terdruckdose 3 und dem Absperrventil 7 von der Pneumatik
leitung 6 zwei Leitungsstutzen 8 und 9 abgezweigt. Der
Leitungsstutzen 8 ist mit einer Drosselbohrung 10 versehen
und über den Leitungsstutzen 9 und ein darin angeordnetes
Belüftungsventil 11 ist das Pneumatikleitungssystem 4
bedarfsweise belüftbar. Die Drosselklappe 2 ist durch die
Unterdruckdose 3 zwischen einer Öffnungsstellung, in der
der gesamte Querschnitt der Ansaugleitung 1 freigegeben
ist und einer den Querschnitt der Ansaugleitung 1 auf ein
Minimum verringernden Stellung (gestrichelte Darstellung
2′),-im als folgenden Minimalstellung 2′ bezeichnet -,
bewegbar. An der Unterdruckdose 3 ist ein Endschalter 12
angeordnet, welcher in der Minimalstellung 2′ der Drossel
klappe 2 über einen an dem Gestänge 31 befestigten Bolzen
32 betätigbar ist.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die Reduzierung
des Ansaugleitungsquerschnittes auf ein Minimum derart zu
realisieren, indem eine mit einer entsprechend dimensio
nierten Durchgangsbohrung versehene Drosselklappe ganz
geschlossen wird.
Solange die Brennkraftmaschine unter Last gefahren wird,
ist das Belüftungsventil 11 in Öffnungsstellung, das Ab
sperrventil 7 in Schließstellung und das Fördervolumen V H
der Pumpe 5 auf Nullförderung gestellt. In diesen Be
triebszuständen liegt damit über das Pneumatikleitungssy
stem 4 an der Unterdruckdose 3 Atmosphärendruck an, wo
durch die Drosselklappe 2 in ihrer Öffnungsstellung ge
halten ist.
Kommt es nun zu einem Lastwechsel in den Schubbetrieb,
d.h. also wird die Brennkraftmaschine plötzlich mit Null
ast gefahren (z.B. beim Abbremsen des Fahrzeuges), so wird
unmittelbar nach dem Lastwechsel das Belüftungsventil 11
geschlossen und das Absperrventil 7 geöffnet. Gleichzeitig
wird die Unterdruckpumpe 5 auf maximales Fördervolumen
V Hmax gestellt. Durch den sich nun augenblicklich (geringe
Leitungsquerschnitte) im Pneumatikleitungssystem 4 auf
bauenden Unterdruck wird die Drosselklappe 2 über die Un
terdruckdose 3 sofort in die Minimalstellung 2′ überführt.
Durch diese Maßnahme wird das Sauerstoffangebot im Abgas
auf ein solches Maß reduziert, daß für den Fall, daß sich
der Rußfilter gerade in einer Regenerationsphase befindet,
eine Gefährdung des Filters infolge eines schlagartig sehr
hohen Sauerstoffanteiles im Abgas ausgeschlossen ist.
Damit aber dennoch ausreichend Sauerstoff für die gesamte
Regeneration des Rußpartikelfilters zur Verfügung steht,
erfolgt, sobald die Drosselklappe 2 in der Minimalstellung
2′ angelangt ist - dies wird durch den Endschalter 12 si
gnalisiert-, ein Verschließen des Absperrventiles 7 und
ein Rückstellen der Unterdruckpumpe 5 auf Nullförderung.
Über die Drosselbohrung 10 kommt es nun zu einer ganz
allmählichen Belüftung des Pneumatikleitungssystems 4
zwischen dem Absperrventil 7 und der Unterdruckdose 3,
wodurch die Drosselklappe 2 kontinuierlich in ihre Öff
nungsstellung zurückgeführt wird. Die Geschwindigkeit, mit
welcher die Drosselklappe 2 zurückgeführt wird, hängt ab
von der Größe der Drosselbohrung 10. Je kleiner diese ge
wählt wird, desto langsamer geht die Drosselklappe 2 in
die Öffnungsstellung zurück.
Sollte nun vom Fahrer während einer derartigen Rückfüh
rungsphase eine Lastvorgabe an die Brennkraftmaschine
übermittelt werden, so erfolgt ein sofortiges Öffnen des
Belüftungsventils 11, was zu einer schlagartigen Belüftung
des Pneumatikleitungssystems 4 und damit zu einem unmit
telbaren Öffnen der Drosselklappe 2 führt. Dasselbe gilt
für den Fall, daß die Brennkraftmaschinendrehzahl n wah
rend einer solchen Rückführungsphase einmal unterhalb ei
nes vorgegebenen Grenzwertes fallen sollte. Als
Drehzahlgrenzwert wurden in diesem Ausführungsbeispiel
1200 l/min gewählt. Entsprechend gilt, daß ein Überführen
der Drosselklappe 2 in die Minimalstellung 2′ beim Uber
gang in den Schubbetrieb nur dann erfolgt, wenn die
Brennkraftmaschinendrehzahl n über diesem Grenzwert liegt.
Die Ansteuerung der beiden Ventile 7 und 11 und der Un
terdruckpumpe 5 erfolgt über eine elektronische Steuer
einheit 13, welcher ferner ein Last-(x RS), ein Drehzahl-
(n) und ein der Stellung des Endschalters 12 entsprechen
des Signal (Meßwertleitung 31) zugeführt wird. Die Funk
tionsweise dieser elektronischen Steuereinheit 13 ist in
der nachfolgend beschriebenen Fig. 2 anhand eines
Flußdiagrammes 14 aufgezeigt.
Nach dem Start der Brennkraftmaschine wird über den Aus
gabeblock 15 das Belüftungsventil 11 geöffnet, das
Fördervolumen V H der Unterdruckpumpe 5 auf Nullförderung
gestellt und das Absperrventil 7 ,falls dieses noch in
Öffnungsstellung sein sollte, geschlossen. Sowohl das Be
lüftungsventil 11 als auch das Absperrventil 7 können zu
diesem Zeitpunkt auch in der jeweils entgegengesetzten
Stellung gehalten werden, denn solange die Pumpe 5 auf
Nullförderung steht, ist über die Drosselbohrung 10 immer
ein Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem Pneuma
tikleitungssystem 4 gegeben, so daß die Drosselklappe 2
auf jeden Fall in ihrer Öffnungsstellung bleibt. Im fol
genden Eingabeblock 16 erfolgt die Eingabe des aktuellen
Brennkraftmaschinenlast x RS und der aktuellen
Brennkraftmaschinendrehzahl n. Die Last x RS wird dabei
über einen Sensor von der Regelstange der Einspritzpumpe
und die Drehzahl n über einen weiteren Sensor von der
Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgegriffen. Im fol
genden Verzweigungsblock 17 erfolgt die Überprüfung, ob
die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb gefahren wird, d.h.
also, ob die Regelstangenauslenkung x RS gleich 0 ist und
ob gleichzeitig die Brennkraftmaschinendrehzahl n noch
über dem Grenzwert von 1200 l/min liegt. Wenn nicht, er
folgt eine Verzweigung zum Punkt 18 zur erneuten Eingabe
von Last x RS und Drehzahl n. Wird Schubbetrieb erkannt
(Verzweigungsblock 17), erfolgt über den Ausgabeblock 19
ein Schließen des Belüftungsventiles 11 und ein Öffnen des
Absperrventiles 7. Gleichzeitig wird das Fördervolumen V H
der Unterdruckpumpe auf "maximal" V Hmax gestellt. Durch
diesen Schritt wird die Drosselklappe 2 in Ihre Minimal
stellung 2′ überführt. Anschließend erfolgt über den Block
20 die Eingabe des Schaltzustandes des Endschalters 12,
und im Block 22 die Abfrage, ob dieser schon durch den
Bolzen 32 Drosselklappe 2′ betätigt wurde. Falls ja, also
dann, wenn die Drosselklappe 2 in der Minimalstellung 2′
angekommen ist, verzweigt die Steuerung zum Ausgabeblock
23, von welchem aus das Schließen des Absperrventiles 7
und ein Rückfahren der Pumpe 5 in Nullförderung veranlaßt
werden. Es kommt damit zu einer langsamen Belüftung des
Pneumatikleitungssystems 4 über die Drosselbohrung 10.
Im folgenden Block 24 wird erneut die aktuelle Last x RS
und aktuelle Drehzahl n eingegeben. Sollte nun während des
Zeitraumes t rück, während dessen sich die Drosselklappe 2
langsam wieder in ihre Öffnungsstellung zurückbewegt, die
aktuelle Last x RS größer 0 sein oder die aktuelle Drehzahl
unter den Grenzwert von 1200 l/min fallen (Verzweigungs
block 25), so erfolgt eine sofortige Belüftung des Pneu
matikleitungssystems 4 durch entsprechende Ansteuerung des
Belüftungsventiles 11 im Ausgabeblock 26. Die Drossel
klappe 2 geht dann schlagartig in die Öffnungsstellung
zurück. Wird die Abfrage im Block 25 mit nein beantwortet,
verzweigt die Steuerung zum Punkt und zwar so lange bis
die Drosselklappe 2 ihre Öffnungsstellung von selbst wie
der erreicht hat, also bis der Zeitraum t rück verstrichen
ist. Ist dies der Fall (Verzweigungsblock 28) verzweigt
die Steuerung zu ihrem Ausgangspunkt 30.
Bei Brennkraftmaschinen, die schon mit einer Unterdruck
pumpe zur Versorgung anderer Verbraucher ausgestattet
sind, ist es natürlich nicht erforderlich, eine separate
Pumpe mit verstellbarem Fördervolumen vorzusehen, sondern
in diesem Falle kann das Leitungssystem 4 auch direkt an
die ohnehin schon vorhandene Unterdruckpumpe angeschlossen
werden, auch dann, wenn deren Fördervolumen nicht ver
stellbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch mög
lich, die Drosselklappe über einen Elektromotor in der
erfindungsgemäßen Weise anzusteuern.
Claims (5)
1. Verfahren zur Regeneration eines in der Abgasleitung
einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine ange
ordneten Rußpartikelfilters durch Abbrennen der Rußparti
kel, wobei in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine
eine last- und drehzahlabhängig zwischen einer Öffnungs-
und einer den Leitungsquerschnitt verringernden Stellung
betätigbare Einrichtung zur Steuerung des Ansaugleitungs
querschnittes vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Steuerung des Ansaugleitungsquer
schnittes unmittelbar nach dem Übergang in den Schubbe
trieb der Brennkraftmaschine zunächst aus ihrer Öffnungs
stellung in eine den Leitungsquerschnitt auf ein Minimum
reduzierende Stellung (Minimalstellung 2′) und anschlie
ßend wieder kontinuierlich in ihre Öffnungsstellung über
führt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß dann, wenn sich die Einrichtung außerhalb ihrer Öff
nungsstellung befindet, diese im Falle einer Lastvorgabe
oder im Falle eines Abfalles der
Brennkraftmaschinendrehzahl unterhalb eines vorgegebenen
Wertes schlagartig wieder in Ihre Öffnungsstellung über
führt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ansaugleitungsquerschnitt in der Öffnungsstellung
der Einrichtung ganz freigegeben ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, mit einem die Einrichtung in Ab
hängigkeit der Brennkraftmaschinenlast und
Brennkraftmaschinendrehzahl betätigenden Stellantrieb,
gekennzeichnet durch
folgende Merkmale
- - der Stellantrieb ist eine mit der Einrichtung ver bundene Unterdruckdose (3),
- - die Unterdruckdose (3) ist über eine Pneumatikleitung (6) mit einer Unterdruckpumpe (5) verbunden,
- - die Unterdruckpumpe (5) besitzt ein verstellbares Fördervolumen(V H ), welches beim Übergang in den Schubbetrieb auf Maximalförderung und nach Erreichen der Minimalstellung (2′) der Einrichtung wieder auf Nullförderung gefahren wird,
- - in der Pneumatikleitung (6) ist ein Absperrventil (7) angeordnet, welches mit dem Übergang in den Schubbetrieb der Brennkraftmaschine in Öffnungs stellung und unmittelbar dann, wenn die Minimal stellung (2′) der Einrichtung erreicht ist, wieder in Schließstellung überführt wird,
- - zwischen dem Absperrventil (7) und der Unterdruck dose (3) ist das Pneumatikleitungssystem (4) mit einer Drosselbohrung (10) versehen und
- - zwischen dem Absperrventil (7) und der Unterdruck dose (3) ist ein Belüftungsventil (11) vorgesehen, welches beim Übergang in den Schubbetrieb in Schließstellung überführt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Steuerung des Ansaugleitungsquer
schnittes als Drosselklappe (2) ausgebildet ist.
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