-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersystemen
für die
Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen, wobei mittels einer Regeleinrichtung
ein Brennersystem zumindest in Abhängigkeit des Abgasgegendruckes
während
einer bestimmten Brenndauer (Regeneration) zum Abbrennen der in
einem Partikelfilter abgelagerten Rußpartikel im Abgasstrom betrieben
wird und das Brennersystem erst nach Erreichen eines einen stabilen Betriebszustandes
einer Dieselbrennkraftmaschine darstellenden Wertes zur Regeneration
betreibbar ist.
-
Aus
der
DE 41 07 388 A1 ist
ein solches Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersystemen bekannt.
Als Kriterium für
die Steuerung der Regeneration wird hierbei die Temperatur, die
am Ausgang des Partikelfilters herrscht, erfasst und von einer Steuereinrichtung
verarbeitet. Diese Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, dass
eine am Ausgang des Partikelfilters erfasste unzulässige Temperatur aus
einer unzulässigen
Temperatur am Eingang des Filters bzw. aus einem Defekt des Filters
resultiert. Da aufgrund der verzögerten
Erfassung der Temperatur am Ausgang des Partikelfilters die schon
erreichte unzulässige
Temperatur am Eingang des Filters zu einer Beschädigung des auf Übertemperatur empfindlich
reagierenden Partikelfilters geführt
hat, ist ein einwandfreier Betrieb des Partikelfiltersystems ausgeschlossen.
Darüber
hinaus kann es zu Beeinträchtigungen
des Betriebes der Brennkraftmaschine kommen.
-
Ein
weiteres Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersystemen ist
aus der
DE 32 19 947
A1 bekannt. Dieses Verfahren benutzt zur Beladungserkennung
den Differenzdruck über
den Filter. Hierzu ist ein spezieller Geber notwendig, der auf beiden Seiten
abgasverträglich
ist. Weiterhin reicht es nicht aus, den gemessenen Differenzdruck
mit einer für
die Abgasrate repräsentativen
Größe zu vergleichen. Ganz
wichtig ist es, neben dem Abgas(massen- oder -volumen)strom auch
die wirksame Temperatur im Filter zu kennen, weil die Berechnung
des sich aus turbulenten bzw. laminaren Anteilen zusammensetzenden
Strömungswiderstands
zusätzlich
die Kenntnis der Abgasdichte und der Abgasviskosität voraussetzt.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regeneration
von Partikelfiltersystemen derart zu verbessern, dass die Temperatur
am Eingang des Partikelfilters auf einem in Abhängigkeit von Systemgrößen des
Partikelfiltersystems bzw. von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
vorgebbaren Wert während
der Regeneration weitestgehend konstant gehalten wird.
-
Diese
Aufgabe ist dadurch gelöst,
dass vor Beginn der Regeneration ein Wert für den Abgasgegendruck erfasst
und mit einem einem Kennfeld entnehmbaren Wert, der in Abhängigkeit
zumindest von Temperaturen des Partikelfiltersystems und Betriebsgrößen der
Dieselbrennkraftmaschine, die zumindest die Temperatur des Abgases
und die Drehzahl der Dieselbrennkraftmaschine beinhalten und die
einem Wert für
einen beladenen bzw. einen unbeladenen Partikelfilter entsprechen,
verglichen wird und in Abhängigkeit
des Vergleichresultates die Regeneration beginnt und eine Regelung
einer Größe des Brennersystems
zur weitestgehenden Konstanthaltung dieser Größe durchgeführt wird.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass vor Beginn der Regeneration ein Wert für den Abgasgegendruck und mit
einem einem Kennfeld entnehmbaren Wert, der in Abhängigkeit
zumindest von Systemgrößen des
Partikelfiltersystems und/oder Betriebsgrößen der Dieselbrennkraftmaschine
einen Wert für einen
beladenen bzw. einen unbeladenen Partikelfilter entspricht, verglichen
wird und in Abhängigkeit des
Vergleichresultates die Regeneration beginnt und eine Regelung einer
Größe des Brennersystems zur
weitestgehenden Konstanthaltung dieser Größe durchgeführt wird. Durch den Vergleich
des erfassten Abgasgegendruckes mit einem Wert, der dem Kennfeld
entnommen wird, ist zum einen eine Aussage darüber möglich, ob der Partikelfilter
in Ordnung oder defekt ist. Zum anderen ist weiterhin die Aussage möglich, ob
der Partikelfilter beladen ist oder nicht. Wird ein Wert für einen
beladenen Partikelfilter festgestellt, wird eine Regelung einer
Größe des Brennersystems,
insbesondere eine Regelung der Temperatur (Mischgastemperatur) vor
dem Filter, zur weitestgehenden Konstanthaltung dieser Größe, insbesondere
während
der Regeneration, durchgeführt. Aufgrund
dieser Vorgehensweise wird der Beginn, zu dem eine Regeneration
erforderlich ist, genau festgestellt und es ist möglich, während der
Regeneration insbesondere die Mischgastemperatur weitestgehend konstant
zu halten, so dass eine optimale Regeneration (Abbrennen von Rußpartikeln)
möglich ist.
Die Konstanthaltung erfolgt in vorteilhafterweise mittels einer
Kennlinie, die beispielsweise von Messgrößen abhängig ist und eine optimale
Strategie für die
Regeneration darstellt. Dabei wird das Brennersystem derart betrieben,
dass ein stabiler Zustand des Brennersystemes erreicht wird. Durch
die Regelung der Temperatur vor dem Filter zumindest durch eine
Regelung der Kraftstoffzufuhr zu dem Brenner ist ein stabiler Zu stand
des Brennersystemes einstellbar und eine optimale Regeneration gewährleistet.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Betrieb des Brennersystemes
zumindest in Abhängigkeit
von Systemgrößen des
Partikelfiltersystemes überwacht
wird und bei Verlassen eines vorgebbaren Wertebereiches die Regelung
unterbrochen wird (Flammüberwachung).
Diese Flammüberwachung
hat den Vorteil, daß das
Brennersystem insbesondere während
der Regeneration überwacht
wird, so daß das
Brennersystem optimal eingestellt und betrieben werden kann. Dies
hat insbesondere den Vorteil, daß Temperatursprünge oder weitere Änderungen
von Systemgrößen des
Partikelfiltersystems bzw. von Betriebsgrößen der Dieselbrennkraftmaschine
erfaßt
und berücksichtigt
werden.
-
In
Weiterbildung der Erfindung wird zumindest vor bzw. nach der Regeneration
die Temperatur am Eingang des Partikelfilters (Mischgastemperatur) auf
einem vorgebbaren Temperaturwert (Betriebstemperatur) gehalten.
Dies hat den Vorteil, daß zu Beginn
der Regeneration bzw. nach dem Ende der Regeneration Temperatursprünge vermieden
werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß eine Ansammlung von Stoffen
im Partikelfiltersystem (insbesondere Kondenswasser) vermieden wird.
Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, insbesondere nach Inbetriebnahme
der Dieselbrennkraftmaschine mit dem nachgeschalteten Partikelfiltersystem,
zur Erreichung des Temperaturwertes den Partikelfilter zu beheizen.
Dadurch wird wirksam vermieden, daß aufgrund der langsamen Beheizung
des Partikelfiltersystems beispielsweise eine stetige Abdampfung von
Wasserdampf durchgeführt
wird, so daß sich
am Ende des Partikelfiltersystems keine Wasserdampfwolke bildet.
Die Beheizung des Partikelfiltersystems kann dergestalt erfolgen,
daß das
Brennersystem mit einer Kraftstoff- und Luftmenge betrieben wird,
die unterhalb der Menge liegt, die für die Regeneration erforderlich
ist. In vorteilhafter Weise erfolgt die Beheizung solange, bis der
vorgebbare Temperaturwert erreicht ist oder in vorgebbaren Zeitabständen.
-
In
Weiterbildung der Erfindung werden zur Erreichung des Temperaturwertes
Mittel zum Kühlen des
Brennersystemes betrieben. Dies hat insbesondere nach der Regeneration
den Vorteil, daß der Brenner
des Brennersystemes und der Partikelfilter abkühlt, Temperatursprünge vermieden
werden und die Elemente des Partikelfiltersystemes nicht für eine längere Zeitdauer
einer höheren
Temperatur (Regenerationstemperatur) ausgesetzt sind. Als Mittel
zum Kühlen
des Brennersystemes ist vorgesehen, das Brennersystem mit Kraftstoff
zu spülen
oder weiterhin eine Luftversorgung (Luftkompressor) vorzunehmen.
-
In
Weiterbildung der Erfindung wird der Temperaturwert während der
Regeneration erfaßt
und bei Verlassen eines zulässigen
Wertebereiches die Regeneration, insbesondere die Regelung, zumindest unterbrochen.
Die Unterbrechung wird in vorteilhafter Weise von der Flammüberwachung
festgestellt, so daß der
Betrieb des Brennersystems steuer- oder regelbar ist. Dies hat den
Vorteil, daß für den Fall,
daß Größen vorliegen,
mit denen eine Regelung nicht möglich
ist, auf eine Steuerung umgeschaltet werden kann, so daß sich der
in dem Partikelfiltersystem ablaufende Prozeß stabilisieren kann und eine
weitere Regeneration möglich
ist. In Weiterbildung der Erfindung wird der dem Brennersystem zuführbare Kraftstoff
insbesondere vor einem Start des Brenners vorgeheizt. Durch diese
Vorheizung werden Temperatursprünge
im Brennersystem vermieden und ein sicherer Start uns stabiler Betriebszustand
des Brenners bei niedrigen Temperaturen gewährleistet (Kaltstartfähigkeit),
so daß dadurch
ein sicherer und zuverlässiger
Betrieb des Brennersystem gewährleistet ist.
-
Eine
Realisierung eines Partikelfiltersystemes, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
betreibbar ist, ist im folgenden näher beschrieben und in den
Figuren näher
gezeigt.
-
Es
zeigen:
-
1: Eine Einrichtung zur
Flammüberwachung
des Brennersystems,
-
2: eine Übersicht über ein Partikelfiltersystem,
-
3: eine Regeleinrichtung.
-
1 zeigt eine Einrichtung
zur Flammüberwachung
des Brennersystemes. Eine Einrichtung 20 zur Flammüberwachung
weist eingangsseitig eine Einrichtung 21 auf, der eingangsseitig
zumindest eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
bzw. eine Betriebsgröße des Partikelfiltersystemes
zugeführt
wird. Diese Einrichtung 21 ist insbesondere derart ausgebildet,
daß größenabhängig eine
Größe bestimmt
wird (insbesondere eine Kraftstoffmenge) mit der das Brennersystem
betreibbar ist. Weiterhin ist der Einrichtung 20 eine Einrichtung 22 zugeordnet, der
insbesondere eine Systemgröße des Partikelfiltersystems
zugeführt
wird, die laufend erfaßt
wird. Aus den laufend erfaßten
Werten der Systemgröße wird
von der Einrichtung 22 ein Änderungswert (insbesondere
ein Gradient dieser Systemgröße) bestimmt
und der Einrichtung 20 zugeführt. Weiterhin ist es vorgesehen,
sowohl die zumindest eine Systemgröße des Partikelfiltersystems
als auch die Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
der Einrichtung 20 direkt zuzuführen. Ausgangsseitig ist die
Einrichtung 20 derart ausgebildet, daß eine Umschaltung des Betriebes "Regelung" und "Steuerung" möglich ist.
Ebenso ist ein Abbruch der Regeneration ausführbar, wenn ein sicherer Betrieb
des Brenners nicht gewährleistet
ist.
-
2 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 Luftförderpumpe 3.1.
Die Kraftstoffversorgung des Brenners 2 erfolgt 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 ange ordnete Zündkerze 5.2 steuert.
In dieser 2 ist eine
Zündkerze 5.2 gezeigt,
wobei jedoch auch die Verwendung von mehr als nur einer Zündkerze 5.2 und
eine Beheizung der Zündkerze
denkbar ist. Ebenso sind Glühkerzen
einsetzbar.
-
Weiterhin
weist das Partikelfiltersystem die Regeleinrichtung 10 mit
verschiedenartigen Ein- und Ausgängen
auf, die im folgenden näher
beschrieben werden. An einem Eingang 6.2 sind verschiedene Temperaturgeber
zur Erfassung von Temperatursignalen der Brennkraftmaschine 1.0 und
des Partikelfiltersystems angeschlossen. Ein Abgastemperaturgeber 7.1 erfaßt die Temperatur
des Abgases der Dieselbrennkraftmaschine 1.0. Ein weiterer
Temperaturgeber ist ein Brennkammer-Temperaturgeber 7.2 (Mischgastemperatur),
der an oder in der Brennkammer 1.3 oder vor dem Partikelfilter 1.1 angeordnet
ist und deren Temperatur erfaßt.
Ein Hinterfiltertemperaturgeber 7.3 erfaßt die hinter
dem Partikelfilter 1.1 herrschende Temperatur. An einem
weiteren Eingang 6.3 der Regeleinrichtung 10 ist
ein Drucksensor 8.2 angeschlossen, der dem Brenner 2 zugeordnet ist
und einen Istwert für
den Abgasgegendruck erfaßt.
An einem Eingang 6.4 der Regeleinrichtung 10 werden
mit verschiedenen Gebern Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
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 Regeleinrichtung 10 abgegeben.
Darüberhinaus
weist die Regeleinrichtung 10 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
Diagnoseschnittstelle 9.4 vorhanden. An dieser Diagnoseschnittstelle 9.4 kann
beispielsweise ein Fehler-Code, der bei Vorliegen einer Störungsmeldung
berechnet wird, an ein Diagnosegerät abgegeben werden. Ansonsten
kann diese Diagnoseschnittstelle 9.4 für die Übermittlung der erfaßten Meßwerte der
Brennkraftmaschine 1.0 oder des Partikelfiltersystems verwendet
werden. An einem weiteren Ausgang 6.6 sind Steuerleitungen
angeschlossen, mit denen die Regeleinrichtung 10 Steuerbefehle
an die einzelnen Einrichtungen des Partikelfiltersysteme übermitteln kann.
Eine erste Steuerleitung führt
zu dem Kraftstoff-Dosierventil 4.1, das beispielsweise
getaktet von der Regeleinrichtung 10 angesteuert wird.
Entsprechend dieser Taktung können
verschiedene Kraftstoffmengen eingestellt werden. Eine zweite Steuerleitung
führt zu
der Zündung 5.1,
wodurch die Regeleinrichtung 10 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 Regeleinrichtung 10 entsprechend ein- und
ausgeschaltet werden kann.
-
Das
in 2 gezeigte Partikelfiltersystem bzw.
die in 1 gezeigte Flammüberwachung
und ihre Komponenten arbeiten wie folgt:
Nach Abwarten eines
stabilen Betriebszustandes der Dieselbrennkraftmaschine 1.0 erfolgt
in ansich bekannter Weise die Überprüfung zumindest
einer Komponente des Partikelfiltersystems. Nach Erreichen eines
stabilen Betriebszustandes erfolgt anhand eines Kennfeldes die Überprüfung, ob
der Partikelfilter in Ordnung oder defekt ist. Aus weiteren Kennfeldern,
insbesondere für
den unbeladenen und für
den beladenen Partikelfilter, sowie aus dem aktuell erfaßten Abgasgegendruck
wird ein Beladungsgrad des Partikelfilters berechnet. Nach Erreichung eines
vorgebbaren Grenzwertes, insbesondere für den Abgasgegendruck, erfolgt
der Beginn der Regeneration durch Starten des Brenners, in dem eine vorgebbare
Menge Kraftstoff eingespritzt wird. Anschließend erfolgt ständig die
Erfassung der Brennkanmmer-Temperatur. Weiterhin erfolgt mittels
der in 1 gezeigten Regeleinrichtung 10 sowie
ihrer Komponenten über
das Stellglied die Regelung der Mischgastemperatur (bzw. Regelung
einer weitestgehend konstanten Temperatur vor dem Partikelfilter).
-
3 zeigt eine Regeleinrichtung,
die zumindest teilweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Die
Regeleinrichtung 10 (insbesondere ein PI-Regler) ist (alternativ
und/oder ergänzend zu
den in 2 gezeigten Komponenten)
mit einem Sensor 11 zur Erfassung eines Ist-Wertes (insbesondere
der Mischgastemperatur) verschaltet. Weiterhin ist eine Einrichtung 12 mit
der Regeleinrichtung 10 verbunden, die aus einem Kennfeld
eine Führungsgröße für die Zeit
während
der Regeneration anhand einer abgespeicherten Kennlinie oder durch
eine Interpolation vorgibt. Eine Einrichtung 13, bei der
es sich bspw. ebenfalls um ein Kennfeld handelt, das in Abhängigkeit
von Systemgrößen des
Partikelfiltersystems und/oder einer Betriebsgröße der Dieselbrennkraftmaschine
(vorzugsweise einer Drehzahl) arbeitet (parameteradaptive Regelung),
ist mit der Regeleinrichtung 10 verschaltet und gibt dieser
die Reglerparameter vor. Mit 14 sind weitere Sensoreingänge bzw.
Einrichtungen bezeichnet, die in geeigneter Weise der Regeleinrichtung 10 Größen zur
Verfügung
stellt. Ausgangsseitig ist die Regeleinrichtung 10 mit
einem Stellglied 15 verbunden, wobei es sich bspw. um ein
Dosierventil für
die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Brennersystem handeln kann. Darüber hinaus
ist die Beeinflußung
bzw. Ansteuerung weiterer Stellglieder denkbar. Weiterhin ist der
Regeleinrichtung 10 eine Einrichtung 16 zur Bestimmung
von Grenzwerten zugeordnet. Eingangsseitig ist die Einrichtung 16 mit
weiteren Einrichtungen 17 und 18 verschaltet,
wobei die Einrichtung 17 der Störgrößenberechnung und die Einrichtung 18 der
Berechnung der Brennergrenzen (insbesonders zur adaptiven Beeinflußung) ausgebildet
ist. Die Berechnung der Störgrößen durch
die Einrichutng 17 bzw. die Berechnung der Brennergrenzen
durch die Einrichtung 18 erfolgt in Abhängigkeit von vorgebbaren Werten
bzw. in Abhängigkeit
von erfaßten
Ist-Werten von Systemgrößen der
Partikelfiltersystems bzw. von Betriebsgrößen der Dieselbrennkraftmaschine.
-
Es
sei noch darauf hingewiesen, das erfindungsgemäße Verfahren zur Regeneration
von Partikelfiltersystemen zum einen allgemein im Kfz-Bereich (insbesondere
auch Baumaschinen bzw. landwirtschaftliche Fahrzeuge) eingesetzt
werden kann. Darüber
hinaus ist zum anderen die Verwendung bei stationären Anlagen,
die von Dieselbrennkraftmaschinen angetrieben werden (bspw. Notstromanlagen)
möglich.
Ein weiteres Einsatzgebiet liegt auf dem Gebiet der Prüfstände für die Produktion
von Dieselbrennkraftmaschinen.
-
Weiterhin
ist es denkbar, den Partikelfilter als Monofilter oder auch als
Doppelfilter auszubilden. Ebenso ist es möglich, zur Gewährleistung
eines zuverlässigen
Betriebes des gesamtes Systemes relevante Komponenten (insbesondere
Sensoren) doppelt auszuführen.
Ebenso ist es denkbar, daß eine
Eigendiagnose durchgeführt
weden kann, wobei Fehler im Reglersystem festgestellt und gespeichert
werden. Darüber
hinaus ist eine Systemdiagnose denkbar, wobei Fehler im gesamten
Partikelfiltersystem festgestellt und gespeichert werden. Die festgestellten
Fehler können
insbesondere direkt angezeigt werden, so daß entsprechende Maßnahmen
zur Verhinderung von Beeinträchtigungen
des Betriebes des Partikelfiltersystemes weitgehend vorgesehen werden
können.
Ebenso ist es denkbar, daß ein
Datenaustausch über
eine Schnittstelle zwischen dem Partikelfiltersystemn und einer
weiteren Einrichtung (bspw. Diagnosegerät) durchgeführt wird.