DE4303709C2 - Dieselpartikelfiltersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration von Partikelfil­ tersystemen für die Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE 37 34 197 A1 ist ein Verfahren zur Regeneration von Parti­ kelfiltersystemen bekannt, bei dem in Abhängigkeit des Abgasge­ gendruckes ein Brennersystem zur Regeneration von einem Partikel­ filter, in dem die Rußpartikel der Dieselbrennkraftmaschine abgela­ gert sind, für eine bestimmte Brenndauer (Regeneration) betrieben wird. Hierzu ist ein Ventil vorgesehen, mit dem die Brennstoffzufuhr zu dem Brennersystem geregelt wird. Das erfolgt derart, dass ein Temperatursensor, der brennerabwärts nahe am Filter angeordnet ist, die Oberflächentemperatur des Filters überwacht und ein aus dem Temperatursensor abgeleiteten Signal einer Regeleinrichtung, die als PI-Regler ausgebildet ist, zugeführt wird. Die Regeleinrichtung do­ siert dann die Kraftstoff- und Luftmenge so, dass die Temperatur am Filter einen Sollwert einhält.

Die weiterhin bekannte DE 38 27 402 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfah­ ren zur Regelung eines Brenners zum Abbrennen der in einem Parti­ kelfilter gesammelten Rußpartikel, bei dem die nach dem Brenner auftretende Temperatur zur Regelung der Brennerleistung herange­ zogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regene­ ration von Partikelfiltersystemen bereitzustellen, das eine zuverläs­ sige und optimale Regeneration in einem weiten Arbeits- bezie­ hungsweise Betriebsbereich des Partikelfiltersystemes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Einstellbereich des Ventils ermittelt wird und eine Regeleinrichtung mit zumindest einem Integralanteil die Regelung in Abhängigkeit des ermittelten Einstellbe­ reiches derart durchführt, dass eine von der Regeleinrichtung ausge­ gebene Stellgröße für eine Einstellung des Ventils bei Verlassen des ermittelten Einstellbereiches dergestalt beeinflusst wird, insbeson­ dere verringert wird, dass die ausgegebene Stellgröße im wesentli­ chen einer Grenze des Einstellbereiches des Ventils entspricht.

Ausgehend von dem Stand der Technik ist es erfindungsgemäß vor­ gesehen, dass ein Einstellbereich des Ventils ermittelt wird und eine Regeleinrichtung mit zumindest einem Integralanteil die Regelung in Abhängigkeit des ermittelten Einstellbereiches durchführt. Dies hat den Vorteil, dass unter Berücksichtigung des Einstellbereiches des Ventils eine zuverlässige und optimale Regeneration in einem weiten Arbeitsbereich beziehungsweise Betriebsbereiches des Partikelfilter­ systemes möglich ist. Aufgrund der Ermittlung des Einstellbereiches des Ventils wird dieses nur in einem solchen Bereich durch eine Stell­ größe angesteuert, die das Ventil realisieren beziehungsweise ein­ stellen kann. Mit dieser Einstellung ist eine Regelung der Temperatur des Partikelfilters, insbesondere eine Temperatur vor dem Parti­ kelfilter, möglich. Bei der Regeleinrichtung mit zumindest einem Inte­ gralanteil handelt es sich beispielsweise um einen PI- oder PID- Regler. Dabei wird die Regelung derart durchgeführt, dass eine von der Regeleinrichtung berechnete beziehungsweise ausgegebene Stellgröße für eine Einstellung des Ventils des Brennersystemes bei Verlassen des ermittelten Einstellbereiches dergestalt beeinflusst wird (insbesondere verringert wird), dass die ausgegebene Stellgröße im wesentlichen einer Grenze des Einstellbereiches des Ventils entspricht. Aufgrund dieser Vorgehensweise wird der Effekt, dass bei Regeleinrichtungen mit einem Integralanteil eine deutliche Ver­ schlechterung des Regelkreisverhaltens auftritt, wenn im Rahmen von Ausgleichsvorgängen die Regeleinrichtung wesentlich größere Stellgrößenwerte verlangt, als aufgrund des Einstellbereiches (Stellgrößenbegrenzung) von der Komponente ausgegeben werden können, deutlich verringert. Diese derart durchgeführte Regelung (Anti-Reset-Windup-Maßnahme genannt) lässt sich sowohl für ana­ loge als auch für digitale Regeleinrichtungen und auch sowohl für klassische Regeleinrichtungen als auch für Regeleinrichtungen hö­ herer Ordnung einsetzen. Aufgrund der Stellgrößenbegrenzung (Beeinflussung der Stellgröße bei Verlassen des ermittelten Einstell­ bereiches derart, dass die die ausgegebene Stellgröße im im we­ sentlichen einer Grenze des Einstellbereiches entspricht) hat den Vorteil, dass das Ventil zuverlässig und optimal in seinem Arbeitsbe­ reich betrieben werden kann. Damit wird die Regeleinrichtung derart ausgelegt, dass durch Einflussnahme auf die Struktur der Regelein­ richtung beziehungsweise deren Reglerparameter bei allen zu er­ wartenden Ausgleichsvorgängen die Stellgröße innerhalb des Ein­ stellbereiches bleibt. Dadurch ist ein stabiler Betrieb des Brenner­ systemes (des Brenners) gewährleistet und es wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass der Brenner außer Betrieb gesetzt wird.

In Weiterbildung der Erfindung wird der Einstellbereich des Ventils einmalig ermittelt, abgespeichert und zur Regelung herangezogen. Die einmalige Ermittlung des Einstellbereiches des Ventils und die Abspeicherung des Einstellbereiches hat den Vorteil, dass für belie­ bige Ventile der Einstellbereich ermittelt und dieser bei der Ausgabe der Stellgröße und der Beeinflussung der Stellgröße in Abhängigkeit des ermittelten Einstellbereiches durchgeführt werden kann. Weiterhin ist es von Vorteil, dass bei verschiedenen Ventilen deren ver­ schiedene Einstellbereiche ermittelt werden können.

In Weiterbildung der Erfindung wird der Einstellbereich zumindest in vorgebbaren Zeitabständen ermittelt. So ist es beispielsweise mög­ lich, ausgehend von einem einmalig ermittelten Einstellbereich diesen in vorgebbaren Zeitabständen erneut zu ermitteln (beispielsweise nach jeder Regeneration eines Partikelfilters), um einen veränderten Einstellbereich aufgrund von Defekten, Störungen oder auch Alte­ rungserscheinungen des Ventils oder weiterer Elemente des Partikel­ filtersystemes zu berücksichtigen und bei der Regelung zu eliminie­ ren. Auch ist es denkbar, dass bei der einmaligen Ermittlung bezie­ hungsweise bei der Ermittlung in vorgebbaren Zeitabständen ein un­ zulässiger Einstellbereich beispielsweise bei Über- oder Unter­ schreitung einer oberen oder unteren Grenze eine Warnmeldung ge­ neriert wird.

In Weiterbildung der Erfindung werden der Einstellbereich und Reg­ lerparameter in Abhängigkeit von Arbeitspunkten und/oder Betriebs­ zuständen der Dieselbrennkraftmaschine und/oder des Partikelfilter­ systemes bestimmt. Dies hat den Vorteil, dass die Regelung sowohl in Abhängigkeit des Einstellbereiches des Ventils als auch in Abhän­ gigkeit von Arbeitspunkten beziehungsweise Betriebszuständen durchführbar beziehungsweise anpassbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Reglerparameter für die Re­ geleinrichtung in Abhängigkeit der Parameter des Partikelfilter­ systemes beziehungsweise in Abhängigkeit der Dieselbrennkraftma­ schine vorgebbar. Dies hat den Vorteil, dass das Regelkreisverhalten unter Berücksichtigung der Stabilität des Regelkreisverhaltens dem vorliegenden Einsatzfall (eingesetztes Partikelfiltersystem bzw. Die­ selbrennkraftmaschine) unter Berücksichtigung des Einstellbereiches adaptierbar ist. Dies ist insbesondere beim Einsatz eines digitalen Reglers von Vorteil, da hierdurch das prinzipiell aufgrund des großen Zahlenbereiches mögliche weite Davonintegrieren wirksam verhindert wird.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und zwei Vor­ richtungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten, sind im folgenden beschrieben und in den Fig. 1 und 2 gezeigt.

Fig. 1 zeigt einen an sich bekannten Regelkreis, der aus einer Re­ geleinrichtung 1 (insbesondere PI-Regler), einer erfindungsgemäß vorgesehenen Begrenzungseinrichtung 2 und aus einer Regelstrecke 3 besteht. Bei der Regelstrecke 3 handelt es sich zumindest um ein Ventil des Partikelfiltersystemes, das beeinflusst wird von der gege­ benenfalls begrenzten Stellgröße und um den Teil des Partikelfilter­ systemes, der von dem Ventil beeinflusst wird. Die Regelgröße am Ende der Regelstrecke 3 (insbesondere die Temperatur vor dem Partikelfilter), wird an den Eingang der Regeleinrichtung 1 subtraktiv zurückgeführt, wobei additiv der Regeleinrichtung 1 der Sollwert (beziehungsweise Führungswert) zugeführt wird. Die Begrenzungs­ einrichtung 2 arbeitet derart, dass eine von der Regeleinrichtung 1 ausgegebene Stellgröße, die innerhalb des Einstellbereiches des Ventils liegt, direkt an diese weitergegeben wird. Überschreitet oder unterschreitet die von der Regeleinrichtung 1 ausgegebene Stell­ größe den Einstellbereich (obere beziehungsweise untere Grenze) erfolgt eine Begrenzung der Stellgröße (insbesondere auf die untere beziehungsweise obere Grenze).

Fig. 2 zeigt eine weitere Realisierung des Regelkreises, wobei ein Ersatzschaltbild für die Regeleinrichtung 1 (aus Fig. 1) mit den Be­ zugsziffern 4 und 7 dargestellt ist. Darüber hinaus ist die in Fig. 1 gezeigte Regelstrecke 3 durch ein Ventil 5 für den Kraftstoff des Brennersystemes des Partikelfiltersystemes und einen Partikelfilter 6 aufgeteilt. Durch Beeinflussung des Ventils 5 erfolgt - unter weiterer Berücksichtung beziehungsweise Einstellung weiterer Komponenten (wie beispielsweise Luftversorgung) des Partikelfiltersystemes - die Regelung der Temperatur vor dem Partikelfilter.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltersysteme für die Ab­ gase von Dieselbrennkraftmaschinen, wobei ein Brennersystem in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter des Partikelfilter­ systemes und/oder der Dieselbrennkraftmaschine zum Abbrennen der in zumindest einem Partikelfilter des Partikelfiltersystemes abgela­ gerten Rußpartikel zur Regeneration betreibbar ist, wobei ein durch zumindest eine die Brennstoffzufuhr zu dem Brennersystem einstel­ lendes Ventil beeinflussbarer Parameter auf einen vorgebbaren Wert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einstellbereich des Ventils ermit­ telt wird und eine Regeleinrichtung mit zumindest einem Integralanteil die Regelung in Abhängigkeit des ermittelten Einstellbereiches derart durchführt, dass eine von der Regeleinrichtung ausgegebene Stell­ größe für eine Einstellung des Ventils bei Verlassen des ermittelten Einstellbereiches dergestalt beeinflusst wird, insbesondere verringert wird, dass die ausgegebene Stellgröße im wesentlichen einer Grenze des Einstellbereiches des Ventils entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellbereich einmalig ermittelt, abgespeichert und zur Regelung herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellbereich zumindest in vor­ gebbaren Zeitabständen ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellbereich und Reglerpara­ meter in Abhängigkeit von Arbeitspunkten und/oder Betriebszustän­ den der Dieselbrennkraftmaschine und/oder des Partikelfiltersyste­ mes bestimmt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Reglerparameter für die Regelein­ richtung in Abhängigkeit der Parameter des Partikelfiltersystemes be­ ziehungsweise in Abhängigkeit der Dieselbrennkraftmaschine vor­ gebbar sind.