DE4107388C2 - Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenera­ tion von Partikelfiltersystemen für die Abgase von Diesel­ brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Zur Verminderung der Partikelemission durch Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen werden Partikelfiltersysteme eingesetzt. Mit der zunehmenden Beladung eines Partikel­ filters ist ein Druckanstieg im Abgassystem verbunden. Bei überschreiten eines vorgegebenen Druckschwellwertes für den Abgasgegendruck muß eine Regeneration des Partikelfil­ ters (Abbrand der Rußpartikel) vorgenommen werden.

Aus der EP 0 117 534 ist ein Verfahren zur Steuerung der Abgasemission einer Dieselbrennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Brenner, wenn der Druckverlust in dem Partikelfil­ ter einen vorbestimmten Wert erreicht, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit seit dem Beginn des Anlassens der Die­ selbrennkraftmaschine gezündet und während einer Verbren­ nungsdauer betrieben wird.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß ein Abbrennen der Rußpartikel auch schon dann erfolgt, wenn der Partikelfil­ ter noch nicht voll ist. Somit wird der Partikelfilter zu häufig regeneriert, was zu einer höheren thermischen Gesamtbe­ lastung des Filters und zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch für die Regeneration führt.

Insgesamt geht es bei dem Partikelfiltersystem gemäß diesem Doku­ ment darum, die Regeneration eines Filters immer kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine durchzuführen, um eine Beschädigung des Filters durch ein Abstellen der Brennkraftmaschine während der Filterregeneration zu vermeiden. D. h. also zusammenfassend, es wird nach dem Start der Brennkraftmaschine - ob nötig oder nicht - das Partikelfilter regeneriert.

Bei der weiterhin bekannt gewordenen US-PS 4,566,271 geht es darum, den Brenner nur insbesondere bis maximal 75% der max. Motordrehzahl zu betreiben. Dabei wird diese Grenze deswegen an­ gegeben, weil oberhalb dieser Grenze alleine vom Betrieb der Brenn­ kraftmaschine genügend Wärme für eine Selbstentzündung des Fil­ ters vorhanden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regenration eines Par­ tikelfilters derart zu steuern, daß ein zuverlässiges Abbrennen der im Partikelfilter abgelagerten Rußpartikel gewährleistet und eine Be­ schädigung des Partikelfilters infolge von Fehlsteuerungen ausge­ schlossen ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nach dem Start der Diesel­ brennkraftmaschine zumindest innerhalb eines vorgebbaren Zeit­ raumes die Einstellung eines stabilen Betriebszustandes der Die­ selbrennkraftmaschine durch Erfassung von Drehzahlsignalen ab­ gewartet wird und daß nach Abschluß dieser Zeit oder Erreichen des stabilen Betriebszustandes weitere Betriebsgrößen erfaßt und aus­ gewertet sowie Steuerbefehle an Einrichtungen des Partikelfilter­ systems abgegeben werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach dem Start der Dieselbrennkraftmaschine zumindest innerhalb eines vorgebbaren Zeitraumes die Einstellung eines stabilen Betriebszustandes der Dieselbrennkraftmaschine abgewartet, indem Drehzahlsignale der Dieselbrennkraftmaschine erfaßt werden, bevor die Steuereinrichtung weitere Betriebsgrößen erfaßt und auswertet sowie Steuerbefehle an Einrichtungen des Partikelfiltersystems abgibt. Ein stabiler Betriebszustand ist dann erreicht, wenn die erfaßten Drehzahlsig­ nale einen vorgegebenen Schwellwert überschritten haben. Wenn die Dieselbrennkraftmaschine den stabilen Betriebszustand erreicht hat, werden von der Steuereinrichtung weitere Betriebsgrößen er­ faßt und ausgewertet sowie Steuerbefehle an Einrichtungen des Partikelfiltersystems abgegeben. So besteht eine Einrichtung des Partikelfiltersystems aus einer Luftförderpumpe, die dem Brenner Verbrennungsluft zuführt. Diese Luftförderpumpe wird von einem Steuerbefehl der Steuereinrichtung kurzzeitig ein- und ausge­ schaltet. Ein aus dem Schaltvorgang resultierender Drucksprung in der Brennkammer wird von der Steuereinrichtung zur Überprü­ fung eines Drucksensors, der in der Brennkammer angeordnet ist, ausgewertet. Dies hat zum Vorteil, daß diese wichtige Ein­ richtung des Partikelfiltersystems vor Beginn der Regene­ ration überprüft wird, so daß eine zuverlässige Erkennung des Abgasgegendrucks vor dem Partikelfilter gewährleistet und Fehlsteuerungen aufgrund eines defekten Gebers ausge­ schlossen sind.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Berechnung eines Sollwertes für den Abgasgegendruck vor dem Partikel­ filter aus einem Kennfeld in Abhängigkeit von Betriebsgrö­ ßen der Dieselbrennkraftmaschine. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Drehzahl oder die Abgastemperatur handeln. Dieser berechnete Sollwert für den Abgasgegen­ druck wird von der Steuereinrichtung mit einem Istwert, der der Steuereinrichtung von einem Geber zugeführt wird, verglichen. Dieser Soll-Istwert-Vergleich hat den Vor­ teil, daß anhand der Betriebsgrößen der vor dem Partikel­ filter erwartete Abgasgegendruck für jeden Arbeitspunkt der Dieselbrennkraftmaschine aus einem Kennfeld berechnet wird und mit dem erfaßten Istwert des Abgasgegendrucks verglichen wird, so daß aus diesem Vergleich eine zuver­ lässige Beladungserkennung des Partikelfilters gegeben ist.

In Weiterbildung der Erfindung werden die Sollwert-Berech­ nungen des Abgasgegendruckes und der Soll- Istwert-Ver­ gleich in einem vorgebbaren Zeitraum durchgeführt. Diese Vorgehensweise über einen vorgebbaren Zeitraum hat zum Vorteil, daß plötzliche Druckschwankungen des Abgasgegen­ drucks, die beispielsweise durch Lastwechsel der Diesel­ brennkraftmaschine auftreten können, nicht zu einem vor­ zeitigen Beginn der Regeneration führen.

In Weiterbildung der Erfindung wird ein vorgebbarer Soll­ wert für die Brennkammertemperatur mit einem Istwert der Brennkammertemperatur, den die Steuereinrichtung mit einem Brennkammertemperaturgeber erfaßt, verglichen. Mit diesem Vergleich des Brennkammertemperatur-Sollwertes mit dem Istwert der Brennkammertemperatur wird der Temperaturzu­ stand der Brennkammer überwacht, so daß eine zum Brenner­ start erforderliche Brennkammertemperatur vor Beginn der Startphase erst erreicht werden muß. Weiterhin wird die Kraftstoffversorgung sowie die Zündung des Brenners von einem Steuerbefehl der Steuereinrichtung für eine vorgeb­ bare Zeitdauer eingeschaltet. Sind die Regenerations- Startbedingungen erreicht, erfolgt das Einschalten der Luftversorgung und die Überprüfung der korrekten Luftver­ sorgung, indem der Drucksprung in der Brennkammer ausge­ wertet wird. Sollte kein Drucksprung erfolgen, wird die Anzahl der Startversuche gezählt (saldiert). Ist die An­ zahl größer als eine vorgegebene Anzahl (je nach Einsatz­ fall ist diese Anzahl variierbar), wird eine Störungsmel­ dung abgegeben, da die Druckversorgung beziehungsweise die Druckerkennung fehlerhaft ist. Andernfalls wird die Luft­ versorgung ausgeschaltet und es erfolgt eine erneute Ab­ frage nach der idealen Zündbedingung.

In Weiterbildung der Erfindung wird nach Einschalten der Luft- und Kraftstoffversorgung und der Zündung die von dem Drehzahlsignal der Dieselbrennkraftmaschine abhängende Kraftstoff-Startmenge für den Brenner eingestellt, nachdem nach dem Einschalten der Luftversorgung eine zweite ideale Zündbedingung abgefragt wurde. Mit dieser Vorgehensweise ist gewährleistet, daß bei Vorliegen des vorgegebenen Brennkammertemperatur-Sollwertes dem Brenner eine Kraft­ stoff-Startmenge zugeführt wird, mit der ein sicheres--zün­ den möglich ist.

In Weiterbildung der Erfindung wird nach einer vorgebbaren Zeitdauer eine Kraftstoff-Konditioniermenge, die von der Kraftstoff-Startmenge abweichen kann, eingestellt, mit der die Brennkammer aufgeheizt wird. Nach dem Einstellen der Kraftstoff-Konditioniermenge wird die Brennkammertempera­ tur innerhalb eines vorgebbaren Zeitraumes erfaßt sowie in einem weiteren vorgebbaren Zeitraum der Istwert der Brenn­ kammertemperatur mit dem Sollwert der Brennkammertempera­ tur verglichen. Dies hat zum Vorteil, daß nach Einschalten des Brenners ein Temperatursprung in der Brennkammer er­ kannt wird und bei Überschreiten des Sollwertes die Rege­ nerationsphase beginnt. Bleibt nach Einstellen der Kraft­ stoff-Konditioniermenge ein Temperatursprung in der Brenn­ kammer aus, wird die Kraftstoff-Zufuhr unterbrochen und die Anzahl der Startversuche erfaßt. Waren weniger als eine bestimmte vorgegebene Anzahl von Startversuchen not­ wendig, erfolgt eine erneute Abfrage nach der zweiten ide­ alen Zündbedingung. Sind mehr Versuche notwendig gewesen, wird das Partikelfiltersystem abgeschaltet. Nach dem Ab­ schaltvorgang wird erneut die Anzahl der Startversuche mit einer zweiten vorgegebenen Anzahl verglichen. Waren weni­ ger Versuche als die zweite vorgegebene Anzahl erforder­ lich, erfolgt eine erneute Abfrage nach den Regenera­ tions-Startbedingungen, die mit dem Vergleich der Brenn­ kammertemperatur mit dem Sollwert der Brennkammertempera­ tur beginnt. Andernfalls erfolgt eine Störungsmeldung. So­ mit ist gewährleistet, daß alle Bedingungen für eine opti­ male und zuverlässige Regeneration des Partikelfilters er­ füllt sind und keine Störungen im Regenerationssystem vor­ liegen.

In Weiterbildung der Erfindung wird in Abhängigkeit von der Abgastemperatur und der Drehzahl die Kraftstoffzufuhr auf eine Kraftstoff-Regenerationsmenge eingestellt, mit der der Brenner die Mischgastemperatur auf einem für die Regeneration notwendigen Temperaturniveau hält. Zur Bren­ nerkontrolle wird in vorteilhafter Weise der Brennkammer­ temperatur-Istwert mit dem Sollwert der Brennkammertempe­ ratur verglichen. Gleichzeitig wird ein Temperaturände­ rungswert mit einem vorgebbaren Temperaturmaximalwert ver­ glichen, wobei der Temperaturänderungswert aus einer Dif­ ferenz oder einem Verhältnis des aktuellen Istwertes der Brennkammertemperatur und dem zeitlich vorangegangenen Istwert der Brennkammertemperatur gebildet wird. Der Tem­ peraturänderungswert stellt also die Temperaturänderung (Gradient) in einem bestimmten Zeitraum dar. Fällt die Brennkammertemperatur unter den Sollwert oder ist die Än­ derung der Brennkammertemperatur zu groß, besteht die Ge­ fahr, daß der mit der Kraftstoff-Regenerationsmenge be­ triebene Brenner ausgeht. Daher wird für diesen Fall auf die Kraftstoff-Konditioniermenge umgeschaltet und die ge­ rade beschriebene Vorgehensweise wiederholt, um einen si­ cheren Brennerbetrieb zu gewährleisten. Sind die genannten Vergleichsbedingungen immer noch nicht erfüllt, werden die Luft- und Kraftstoffzufuhr und die Zündung abgeschaltet und erneut die Regenerations-Startbedingungen abgewartet.

In Weiterbildung der Erfindung wird ein Hinterfilter-Tem­ peraturwert, der hinter dem Partikelfilter aufgenommen wird, mit vorgegebenen Hinterfilter-Temperaturwerten ver­ glichen. Nachdem die vorgegebene Temperatur hinter dem Filter erreicht ist, ist die Regenerationsphase abge­ schlossen. Eine erneute Beladungsphase kann beginnen. Zur Kühlung der Brennerbauteile bleiben die Kraftstoff- und die Luftzufuhr eingeschaltet, bis vorgegebene Bedingungen für die Brennkammertemperatur erfüllt sind. Nach Erreichen der Bedingungen erfolgt der Regenerationsstop.

In Weiterbildung der Erfindung wird nach dem erfolgten Re­ generationsstop vor der Neuberechnung des Abgasgegendruc­ kes aus dem Kennfeld die homogene Abkühlung des Partikel­ filtersystems abgewartet.

In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird von der Steuereinrichtung eine Diagnose ausgeführt, bei der die an der Steuereinrichtung angeschlossenen Ge­ ber, deren Leitungen und Schalter (Relais) auf Unterbre­ chung und/oder Kurzschluß überprüft werden und im Stö­ rungsfalle eine Warneinrichtung aktiviert wird.

Die Überprüfung der Geber vor Beginn der Regeneration oder die ständige Überprüfung hat zum Vorteil, daß die Steuer­ einrichtung auf eine Störung entsprechend reagiert, damit Fehlsteuerungen des Partikelfiltersystems und damit Be­ schädigungen des Partikelfilters oder Beeinträchtigungen des Dieselbrennkraftmaschinenbetriebes ausgeschlossen sind. Die Reaktion auf eine Störung kann dergestalt ge­ schehen, daß die Steuereinrichtung mit einer entsprechen­ den Warneinrichtung den Betreiber der Dieselbrennkraftma­ schine auf die Störung aufmerksam macht oder selbständig in die Ablaufsteuerung der Regeneration eingreift.

Zur ständigen Kontrolle oder für Prüfstandszwecke ist die Steuereinrichtung mit einer Schnittstelle versehen, an der die mit den Gebern erfaßten Betriebsgrößen der Diesel­ brennkraftmaschine und des Partikelfiltersystems dem Be­ treiber zur Verfügung stehen und mit einer geeigneten Aus­ werteeinrichtung angezeigt werden können.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Einsatz des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens nicht allein auf ein Mono-Parti­ kelfilter-System, bei dem nur ein Partikelfilter vorhanden ist, beschränkt ist. Es findet ebenso vorteilhaft Anwen­ dung bei mehr als einem Filter.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläu­ tert.

Fig. 1: Übersicht und Funktionsschema eines Dieselpartikel filtersystems,

Fig. 2a: Erwarten des stabilen Betriebszustandes der Dieselbrennkraftmaschine,

Fig. 2b: Prüfung des Drucksensors,

Fig. 2c: Beladungserkennung,

Fig. 2d: Regenerations-Startbedingungen,

Fig. 2e: Einschalten und Prüfen der Luftversorgung,

Fig. 2f: Erwarten der idealen Zündbedingung,

Fig. 2e: Aufheizen der Brennkammer,

Fig. 2h: Regenerations-Kontrolle,

Fig. 2i: Regenerations-Stop.

Fig. 1 zeigt eine Übersicht und ein Funktionsschema eines Partikelfiltersystems. Einer Dieselbrennkraftmaschine 1.0 ist ein Partikelfiltersystem mit einem Partikelfilter 1.1 nachgeschaltet. Die Abgase der Dieselbrennkraftmaschine 1.0 werden dem Partikelfilter 1.1 über eine Mischkammer 1.2 zugeführt. Der Mischkammer 1.2 ist ein Brenner 2 und eine Brennkammer 1.3 zugeordnet, der zur Erhöhung der Brennkammertemperatur Luft und Kraftstoff zugeführt wird.

Die Luftversorgung des Brenners erfolgt über eine Luftför­ derpumpe 3.1. Die Kraftstoffversorgung des Brenners 2 er­ folgt über ein Kraftstoff-Dosierventil 4.1, das von einer Kraftstoff-Förderpumpe 4.3. versorgt wird. Zusätzlich zu der Luft- und Kraftstoffversorgung ist dem Brenner 2 eine Zündung 5.1 zugeordnet, die die im Brenner 2 angeordnete Zündkerze 5.2 steuert. In dieser Fig. 1 ist eine Zündker­ ze 5.2 gezeigt, wobei jedoch auch die Verwendung von mehr als nur einer Zündkerze 5.2 denkbar ist.

Weiterhin weist das Partikelfiltersystem eine Steuerein­ richtung 6.0 mit verschiedenartigen Ein- und Ausgängen auf, die im folgenden näher beschrieben werden. An einem Eingang 6.2 sind verschiedene Temperaturgeber zur Erfas­ sung von Temperatursignalen der Brennkraftmaschine 1.0 und des Partikelfiltersystems angeschlossen. Ein Abgastempera­ turgeber 7.1 erfaßt die Temperatur des Abgases der Diesel­ brennkraftmaschine 1.0. Ein weiterer Temperaturgeber ist ein Brennkammer-Temperaturgeber 7.2, der an oder in der Brennkammer 1.3 angeordnet ist und deren Temperatur er­ faßt. Ein Hinterfiltertemperaturgeber 7.3 erfaßt die hin­ ter dem Partikelfilter 1.1 herrschende Temperatur. An einem weiteren Eingang 6.3 der Steuereinrichtung 6.0 ist ein Drucksensor 8.2 angeschlossen, der dem Brenner 2 zuge­ ordnet ist und einen Istwert für den Abgasgegendruck er­ faßt. An einem Eingang 6.4 der Steuereinrichtung 6.0 wer­ den mit verschiedenen Gebern Betriebsgrößen der Brenn­ kraftmaschine erfaßt. Mit einem Drehzahlsignalgeber 9.1, der an der Brennkraftmaschine 1.0 angebracht ist und die Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1.0 erfaßt, wird ein Drehzahlsignal an den Eingang 6.4 der Steuereinrichtung 6.0 abgegeben. Darüberhinaus weist die Steuereinrichtung 6.0 einen Ausgang 6.5 auf, an der eine Warneinrichtung, die als Signallampe 9.3 dargestellt ist, angeschlossen ist. Weiterhin ist an diesem Ausgang 6.5 eine Diagnose­ schnittstelle 9.4 vorhanden. An dieser Diagnoseschnitt­ stelle 9.4 kann beispielsweise ein Fehler-Code, der bei Vorliegen einer Störungsmeldung berechnet wird, an ein Diagnosegerät abgegeben werden. Ansonsten kann diese Diag­ noseschnittstelle 9.4 für die Übermittlung der erfaßten Meßwerte der Brennkraftmaschine 1.0 oder des Partikelfil­ tersystems verwendet werden. An einem weiteren Ausgang 6.6 sind Steuerleitungen angeschlossen, mit denen die Steuer­ einrichtung 6.0 Steuerbefehle an die einzelnen Einrich­ tungen des Partikelfiltersysteme übermitteln kann. Eine erste Steuerleitung führt zu dem Kraftstoff-Dosierventil 4.1, das beispielsweise getaktet von der Steuereinrichtung 6.0 angesteuert wird. Entsprechend dieser Taktung können verschiedene Kraftstoffmengen eingestellt werden. Eine zweite Steuerleitung führt zu der Zündung 5.1, wodurch die Steuereinrichtung 6.0 in der Lage ist, die Zündung des Brenners 2 zu steuern. Eine dritte Steuerleitung führt zu der Kraftstoff-Förderpumpe 4.3. Eine weitere Steuerleitung ist mit der Luftförderpumpe 3.1 verbunden, so daß die Luftförderpumpe 3.1 den Steuerbefehlen der Steuereinrich­ tung 6.0 entsprechend ein- und ausgeschaltet werden kann.

Die in Fig. 1 gezeigte Steuereinrichtung 6.0 arbeitet nach einer einprogrammierten oder einprogrammierbaren Ablauf­ steuerung, die in den Flußdiagrammen der folgenden Figuren näher beschrieben ist.

Fig. 2a zeigt das Abwarten eines stabilen Betriebszustandes der Dieselbrennkraftmaschine 1.0. Die Ablaufsteuerung des Partikelfiltersystems erfolgt an einem Startpunkt 10, der sowohl ein eigenständigen Hauptprogramm als auch der Be­ ginn eines Unterprogramms sein kann. Als Kriterium für einen stabilen Betriebszustand der Dieselbrennkraftmaschi­ ne 1.0 wird das von dem Drehzahlsignalgeber 9.1 abgegebene Signal n und ein vorgebbarer Zeitraum t₀ herangezogen. Solange die Bedingungen (n_soll, t₀) nicht erfüllt sind, verharrt die Ablaufsteuerung in einer Schleife 11, während die Ablaufsteuerung bei Erfüllung der Bedingung zu Punkt 1 gelangt. Bei n_soll handelt es sich beispielswei­ se um die Leerlaufdrehzahl einer Dieselbrennkraftmaschine oder um einen fest vorgegebenen und konstanten Wert.

An Punkt 1 erfolgt die in Fig. 2b gezeigte Prüfung des Drucksensors 8.2. Zu diesem Zweck wird mit einem Steuerbe­ fehl 12 der Steuereinrichtung 6.0 die Luftförderpumpe 3.1 eingeschaltet. An einer Verzweigungsstelle 13 wird von der Steuereinrichtung 6.0 geprüft, ob an dem angeschlossenen Drucksensor 8.2 ein Drucksprung erfolgt ist. Wenn dies nicht der Fall ist, erkennt die Steuereinrichtung 6.0 eine Störung 14 und gibt beispielsweise ein entsprechendes Sig­ nal an der Signallampe 9.3 oder an der Diagnoseschnitt­ stelle 9.4 ab. Wurde an der Verzweigungsstelle 13 ein Drucksprung erkannt, erfolgt ein Steuerbefehl 15 an die Luftförderpumpe 3.1, der diese ausschaltet. Anschließend gelangt die Ablaufsteuerung zu Punkt 2.

Mit Punkt 2 beginnt die in Fig. 2c gezeigte Beladungser­ kennung des Partikelfilters 1.1. Es erfolgt eine Berech­ nung 16 des Sollwertes für den Abgasgegendruck aus einem in der Steuereinrichtung 6.0 einprogrammierten Kennfeld in Abhängigkeit von der Abgastemperatur und der Drehzahl, die mit dem Abgastemperaturgeber 7.1 und dem Drehzahlsignalge­ ber 9.1 erfaßt werden. Anschließend erfolgt an einer Ver­ zweigungsstelle 17 der Vergleich des berechneten Sollwer­ tes für den Abgasgegendruck mit dem von dem Drucksensor 8.2 erfaßten Istwert des Abgasgegendruckes. Ist der be­ rechnete Sollwert größer als der erfaßte Istwert des Ab­ gasgegendruckes erfolgt von der Verzweigungsstelle 17 eine Verzweigung zu Punkt 2. Ist der erfaßte Istwert größer als der berechnete Sollwert, so erfolgt eine Zeitsaldierung, wobei beispielsweise ein Zähler mit jedem Durchlauf um einen Zeittakt erhöht wird. An einer folgenden Verzwei­ gungsstelle 19 wird dann abgefragt, ob der Zeittakt den vorgegebenen Wert t₀ erreicht hat. Ist dies nicht der Fall, verzweigt die Ablaufsteuerung zu Punkt 2, andern­ falls geht es mit Punkt 3 weiter. Die Zeitsaldierung hat den Vorteil, daß der Abgasgegendruck während des vorgege­ benen Zeitraumes t₀ berechnet und mit dem Istwert ver­ glichen wird, so daß plötzliche Schwankungen des Abgasge­ gendruckes, die beispielsweise aus plötzlichen Lastwech­ seln der Dieselbrennkraftmaschine 1.0 resultieren können, nicht zu einem vorzeitigen Beginn der Regeneration führen können.

Fig. 2d zeigt die Regenerations-Startbedinungen, die an Punkt 3 beginnen. An einer Verzweigungsstelle 20 wird der mit dem Brennkammertemperaturgeber 7.2 erfaßte Istwert der Brennkammertemperatur mit dem vorgebbaren Brennkammertem­ peratur-Sollwert verglichen. Solange der Sollwert größer als der Istwert ist, verharrt die Ablaufsteuerung an die­ ser Verzweigungsstelle 20. Überschreitet die Brennkammer­ temperatur den vorgegebenen Sollwert, werden mit einem Steuerbefehl 21 Betriebsmittel dem Partikelfiltersystem zugeführt. An einer Verzweigungsstelle 22 erfolgt eine Ab­ frage, ob mit der Zeitsaldierung die vorgegebene Zeitdauer t₀ verstrichen ist. Ist dies nicht der Fall, verzweigt die Ablaufsteuerung zu Punkt 3. Wenn die vorgegebene Zeit­ dauer t₀ verstrichen ist, gelangt die Ablaufsteuerung zu einer Verzweigungsstelle 23, bei der eine ideale Zündbe­ dinung des Brenners 2 abgefragt wird. Unter einer idealen Zündbedinung sind Bedingungen zu verstehen, bei der der Brenner 2 zuverlässig gestartet werden kann (ausreichende Luftzufuhr und Kraftstoffversorgung, entsprechendes Tempe­ raturniveau der Brennkammer). Diese Abfrage an der Ver­ zweigungsstelle 23 erfolgt solange, bis die ideale Zündbe­ dingung des Brenners 2 erreicht ist, so daß die Ablauf­ steuerung zu Punkt 4 gelangen kann.

Nach Punkt 4 wird, wie in Fig. 2e gezeigt, die Luftversor­ gung eingeschaltet und geprüft. Mit dem Steuerbefehl 12 wird dazu die Luftförderpumpe 3.1 eingeschaltet und an dem Drucksensor 8.2 ein Drucksprung erwartet. Der erwartete Drucksprung wird von einer Verzweigungsstelle 13 abge­ fragt. Kommt es zu dem erwarteten Drucksprung, gelangt die Ablaufsteuerung zu Punkt 6. Erkennt die Verzweigungsstelle 13 keinen Drucksprung, wird die Anzahl N der Versuche an der mit 24 bezeichneten Stelle gezählt. An einer der Stel­ le 24 folgenden Verzweigungsstelle 25 wird die Anzahl N der Startversuche mit einer vorgegebenen Anzahl N_Soll verglichen. War die Anzahl der Startversuche größer als der vorgegebene Wert, kommt es zu einer Störungsmeldung 14. War die Anzahl der Versuche kleiner als der vorgegebe­ ne Wert, so wird mit dem Steuerbefehl 15 die Luftförder­ pumpe 3.1 ausgeschaltet und die Ablaufsteuerung gelangt zum Punkt 5, der zwischen der Verzweigungsstelle 22 und der Verzweigungsstelle 23 liegt, die in Fig. 2d beschrieben worden sind.

Mit dem Punkt 6 beginnt das in Fig. 2f gezeigte Erwarten der idealen Zündbedinung des Brenners 2. Mit einer Ver­ zweigungsstelle 26 wird gemäß der Verzweigungsstelle 23 abgefragt, ob eine zweite ideale Startbedingung vorliegt. Diese Abfrage erfolgt solange, bis die zweite ideale Startbedingung vorliegt. Bei Vorliegen der zweiten idealen Startbedingung wird von einem Steuerbefehl 27 eine Start­ menge eingestellt, die zumindest von der Drehzahl abhängig ist. Nach dem Steuerbefehl 27 gelangt die Ablaufsteuerung zu Punkt 7.

Fig. 2g zeigt das mit Punkt 7 beginnende Aufheizen der Brennkammer. Es wird zunächst an einer Verzweigungsstelle 28 abgefragt, ob die vorgegebene Zeitdauer t₀ verstri­ chen ist. Wenn dies der Fall ist, wird von einem Steuerbe­ fehl 29 eine Konditioniermenge, die kleiner ist als die Startmenge und mit der der Brenner 2 sicher betrieben wer­ den kann, eingestellt. Anschließend erfolgt die Abfrage an einer Verzweigungsstelle 30, ob ein Temperatursprung in der Brennkammer stattgefunden hat. An einer folgenden Ver­ zweigungsstelle 31 wird dann abgefragt, ob dieser Tempera­ tursprung innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer t₀ statt­ gefunden hat. Wenn der Temperatursprung weder direkt noch innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer t₀ stattgefunden hat, wird von einem Steuerbefehl 33 die Kraftstoffzufuhr abgestellt. Anschließend erfolgt an einer Verzweigungs­ stelle 34 die Abfrage, ob mehr als eine vorgegebene Anzahl (N_soll) zum Starten des Brenners 2 notwendig waren. War dies nicht der Fall, verzweigt die Ablaufsteuerung zu Punkt 8, der in Fig. 2f zwischen Punkt 6 und der Verzwei­ gungsstelle 26 liegt. Waren mehr Versuche zum Starten des Brenners 2 notwendig, kommt von der Steuereinrichtung 6.0 ein Steuerbefehl 35, der das Partikelfiltersystem abschal­ tet. Nach dem Steuerbefehl 35 erfolgt an der Verzweigungs­ stelle 25 erneut eine Abfrage, ob noch mehr als die vorge­ gebene Anzahl von Versuchen zum Starten des Brenners 2 notwendig waren. Sind weniger Versuche notwendig gewesen, verzweigt die Ablaufsteuerung zu Punkt 3, der in Fig. 2d gezeigt ist. Waren mehr Versuche notwendig, wird wieder die mit 14 bezeichnete Störungsmeldung ausgegeben. Erfolg­ te der erwartete Temperatursprung innerhalb der vorgegebe­ nen Zeitdauer t₀, wird anschließend von der Verzwei­ gungsstelle 20 die erfaßte Brennkammertemperatur mit dem Sollwert der Brennkammertemperatur verglichen. Liegt die Brennkammertemperatur unterhalb des vorgegebenen Sollwer­ tes, springt die Ablaufsteuerung zu einem Punkt zwischen dem Steuerbefehl 29 und der Verzweigungsstelle 30. Wenn der Istwert der Brennkammertemperatur den Sollwert über­ schreitet, wird an einer Verzweigungsstelle 32 abgefragt, ob der vorgegebene Zeitraum t₀ verstrichen ist. Ist die­ se noch nicht verstrichen, verzweigt die Ablaufsteuerung zu einem Punkt zwischen der Verzweigungsstelle 31 und Ver­ zweigungsstelle 20. Ist der Zeitraum bereits verstrichen, gelangt die Ablaufsteuerung zu einem Punkt 9.

Fig. 2h zeigt die Regenerations-Kontrolle (Regenerations­ phase), die an Punkt 9 beginnt. Ein Zyklus der Regenera­ tions-Kontrolle besteht aus den folgenden beschriebenen Schritten. Zunächst wird von einem Steuerbefehl 36 die Re­ generationsmenge eingestellt. Es handelt sich hierbei um eine Kraftstoffmenge, die in Abhängigkeit von der Abgas­ temperatur und der Abgasmasse eingestellt wird und ein si­ cheres Halten der Mischgastemperatur auf Regenerations­ niveau gewährleistet. An einer Verzweigungsstelle 37 er­ folgt eine Abfrage gemäß der Verzweigungsstelle 20 (Ver­ gleich der erfaßten Brennkammertemperatur mit der Soll- Brennkammertemperatur) und zusätzlich eine Abfrage, ob ein Temperaturänderungswert ΔT_Brk größer ist als ein Tempe­ raturmaximalwert ΔT_max. Bei dem Temperaturänderungswert Δ T_Brk handelt es sich um die Differenz oder das Verhält­ nis von Brennkammertemperaturen aus zwei aufeinanderfol­ genden Abfragezyklen. Dieser Temperaturänderungswert Δ T_Brk wird mit dem konstanten und vorgegebenen Tempera­ turmaximalwert ΔT_max verglichen. Sind beide Bedingungen der Verzweigungsstelle 37 erfüllt, wird an einer Verzwei­ gungsstelle 38 die mit dem Hinterfiltertemperaturgeber 7.3 erfaßte Hinterfiltertemperatur mit einem vorgebbaren, ma­ ximalen Hinterfiltertemperaturwert verglichen. Ist die Hinterfiltertemperatur kleiner als der maximale Hinterfil­ tertemperaturwert, erfolgt die Abfrage an einer Verzwei­ gungsstelle 39, ob die Hinterfiltertemperatur größer ist als ein minimaler, vorgegebener Hinterfiltertemperatur­ wert. Ist dies der Fall, wird an einer mit 40 bezeichneten Stelle ein Zeittakt erhöht. An einer Verzweigungsstelle 41 verzweigt die Ablaufsteuerung solange zu Punkt 9, bis der vorgegebene Zeitraum t₀ an der Verzweigungsstelle 41 er­ reicht ist. Ist der vorgegebene Zeitraum überstrichen, wird von dem Steuerbefehl 33 die Kraftstoff-Zufuhr abge­ stellt und die Ablaufsteuerung gelangt zu einem Punkt 10. Wird an der Verzweigungsstelle 38 die Abfrage, ob die Hin­ terfiltertemperatur kleiner ist als die maximale Hinter­ filtertemperatur ist, verneint, so verzweigt die Ablauf­ steuerung zu einem Punkt zwischen der Verzweigungsstelle 41 und dem Steuerbefehl 33. Ebenso verzweigt die Ablauf­ steuerung zu einem Punkt zwischen der Stelle 40 und der Verzweigungsstelle 41, wenn die Hinterfiltertemperatur kleiner ist als eine minimale Hinterfiltertemperatur. Wur­ de an der Verzweigungsstelle 37 festgestellt, daß die Brennkammertemperatur kleiner ist als der vorgegebene Sollwert der Brennkammertemperatur und daß der Temperatur­ änderungswert ΔT_Brk kleiner ist als der Temperaturmaxi­ malwert ΔT_max, verzweigt die Ablaufsteuerung zu dem Steuerbefehl 29, mit dem eine Kraftstoff-Konditioniermenge eingestellt wird. Nachdem die Einstellung erfolgt ist, wird an der Verzweigungsstelle 37 erneut abgefragt, ob die beschriebenen Bedingungen erfüllt sind. Sind die Be­ dingungen erfüllt, erfolgt an der Verzweigungsstelle 28 eine Abfrage, ob eine vorgegebene Zeitdauer t₀ verstri­ chen ist. Solange diese Zeitdauer nicht überschritten ist, verzweigt die Ablaufsteuerung an eine Stelle zwischen dem Nein-Ausgang der Verzweigungsstelle 37 und dem Steuerbe­ fehl 29. Wird die Zeitdauer t₀ überschritten, verzweigt die Ablaufsteuerung zu Punkt 9, so daß ein erneuter Ein­ stieg in die Regenerations-Kontrolle beginnen kann. Sind die Bedingungen der Verzweigungsstelle 37 nicht erfüllt, gelangt die Ablaufsteuerung zu dem Steuerbefehl 35 und an­ schließend zu Punkt 3, an dem die in Fig. 2d gezeigten Re­ generations-Startbedingungen erwartet werden.

Nach Beendigung der Regenerations-Kontrolle an Punkt 10 erfolgt die Abfrage nach einem Regenerations-Stop, der in Fig. 2i beschrieben ist. Von Punkt 10 aus gelangt die Ab­ laufsteuerung zu einer Verzweigungsstelle 42, an der eine Abfrage stattfindet, ob die Brennkammertemperatur kleiner ist als die Abgastemperatur, die von dem Abgastemperatur­ geber 7.1 erfaßt wird, und ob die Brennkammertemperatur kleiner ist als ein vorgegebener Temperaturwert T_const.. Sind beide Bedingungen der Abfrage erfüllt, gelangt die Ablaufsteuerung zu dem Steuerbefehl 35, mit dem das Parti­ kelfiltersystem ausgeschaltet wird. Nach dem Steuerbefehl 35 gelangt die Ablaufsteuerung zu Punkt 2. Sollte eine oder beide Bedingungen der Verzweigungsstelle 42 nicht er­ füllt sein, verzweigt die Ablaufsteuerung zu einer Ver­ zweigungsstelle 43, mit der abgefragt wird, ob die vorge­ gebene Zeitdauer t₀ verstrichen ist. Für den Fall, daß die Zeitdauer t₀ überschritten ist, verzweigt die Ab­ laufsteuerung zu dem Steuerbefehl 35. Anschließend erfolgt eine Abkühlung 44 des Partikelfiltersystems. Ist die Zeit­ dauer t₀ noch nicht überschritten, gelangt die Ablauf­ steuerung von der Verzweigungsstelle 43 zu einer stelle zwischen dem Punkt 10 und dem Eingang der Verzweigungs­ stelle 42.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß sämtliche in den Fig. 2a bis 2i vorgegebenen oder vorgebbaren konstante Wer­ te für die Drehzahl (n_soll), Zeit t₀, Anzahl (N_Soll) oder Temperatur je nach Anwendungsfall in weiten Grenzen variieren können. Auch sind für eine einzelne Größe mehre­ re verschiedene konstante Werte vorgebbar.

Claims (15)

1. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersystemen für die Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen, wobei dem Partikelfilter­ system ein Brenner (2) mit einer Luftförderpumpe (3.1) und einer Kraftstoff-Förderpumpe (4.3) sowie einem Kraftstoff-Dosierventil (4.1), ein Partikelfilter (1.1) und eine Steuereinrichtung (6.0) zugeord­ net ist, wobei sich der Brenner (2) im Abgasstrom vor dem Partikelfil­ ter (1.1) befindet und die Regeneration durch Abbrennen der abgela­ gerten Rußpartikel im Abgasstrom erfolgt und die Steuereinrichtung (6.0) zumindest in Abhängigkeit des Abgasgegendruckes, der vor dem Partikelfilter (1.1) herrscht, den Brenner (2) während einer be­ stimmten Brenndauer betreibt, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Start der Dieselbrennkraft­ maschine (1.0) zumindest innerhalb eines vorgebbaren Zeitraumes die Einstellung eines stabilen Betriebszustandes der Dieselbrenn­ kraftmaschine (1.0) durch Erfassung von Drehzahlsignalen abgewar­ tet wird und daß nach Abschluß dieser Zeit oder Erreichen des stabi­ len Betriebszustandes weitere Betriebsgrößen erfaßt und ausgewertet sowie Steuerbefehle an Einrichtungen des Partikelfiltersystems abgegeben werden.

2. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftförderpumpe (3.1), die dem Brenner (2) Verbrennungsluft zuführt, von einem Steuerbefehl der Steuereinrichtung (6.0) ein- und ausge­ schaltet wird und ein daraus resultierender Drucksprung in der Brennkammer (2) von der Steuereinrichtung (6.0) zur Überprüfung eines Drucksensors (8.2), der in der Brennkam­ mer angeordnet ist, ausgewertet wird.

3. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von Betriebs­ größen der Dieselbrennkraftmaschine (1.0) aus einem Kenn­ feld ein Sollwert für den Abgasgegendruck berechnet wird.

4. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (6.0) einen Istwert des Abgasgegendruckes erfaßt und mit dem aus dem Kennfeld berechneten Sollwert des Abgasgegendruckes vergleicht.

5. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwert-Berechnungen des Abgasgegendruckes und der Soll-Istwertvergleich in einem vorgegebenen Zeitraum durchgeführt werden.

6. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgebbarer Sollwert für die Brennkammertemperatur mit einem Istwert der Brennkam­ mertemperatur verglichen wird.

7. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufheizen der Brennkammer (1.2) der Brenner (2) für eine vorgegebene Zeitdauer von einem Steuerbefehl der Steuereinrichtung (6.0) aktiviert wird, wobei die Luftversorgung sowie die Zündung des Bren­ ners (2) aktiviert werden.

8. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftförderpumpe (3.1) von dem Steuerbefehl der Steuereinrichtung (6.0) eingeschaltet und anschließend ein Steuerbefehl zum Einstellen einer von dem Drehzahlsignal abhängenden Kraftstoff-Startmenge für den Brenner (2) abgegeben wird.

9. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer vorgegebenen Zeit­ dauer ein Steuerbefehl zum Einstellen einer Kraftstoff- Konditioniermenge, die kleiner als die Kraftstoff- Startmenge ist, abgegeben wird und die Brennkammertempera­ tur innerhalb eines vorgebbaren Zeitraumes erfaßt sowie in einem weiteren vorgegebenen Zeitraum der Istwert der Brennkammertemperatur mit dem Sollwert verglichen wird und bei überschreiten des Sollwertes eine Regenerationsphase beginnt.

10. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Regenerationsphase eine variable Kraftstoff-Regenerationsmenge eingestellt wird und der Istwert der Brennkammertemperatur mit dem Sollwert verglichen sowie ein Temperaturänderungswert mit einem vorgebbaren Temperaturmaximalwert verglichen wird.

11. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Regenrationsphase ein Temperaturwert, der hinter dem Partikelfilter (1.1) aufgenommen wird, mit Extremwerten, insbesondere minimalen und maximalen Temperaturwerten, verglichen und eine vorge­ gebene Zeitdauer abgewartet wird.

12. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammertemperatur mit der Abgastemperatur sowie einer weiteren vorgebbaren Temperaturgröße verglichen wird und ein dem Vergleich ent­ sprechender Regenerationsstop der Regenerationsphase durchgeführt wird.

13. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem erfolgten Regenera­ tionsstop vor der Neuberechnung des Abgasgegendruckes aus dem Kennfeld eine Abkühlung des Partikelfiltersystem abge­ wartet wird.

14. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuereinrichtung (6.0) eine Diagnose ausgeführt wird, bei der zumindest die Geber des Partikelfiltersystems und der Dieselbrennkraft­ maschine (1.0) auf Kabelbruch und/oder Kurzschluß über­ prüft werden und im Störungsfalle eine Warneinrichtung, insbesondere eine Signallampe (9.3), aktiviert wird.

15. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersyste­ men nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (6.0) eine Schnittstelle (9.4) aufweist, über die Daten über­ mittelbar sind, die den normalen Betriebsfall und/oder einen Störungsfall des Partikelfiltersystems repräsentie­ ren.