DE60102337T2

DE60102337T2 - System für die Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters in einer selbstgezündeten Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60102337T2
Application number: DE60102337T
Authority: DE
Inventors: Herve Klein; Olivier Salvat
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2021-10-13
Also published as: ES2215866T3; EP1203876B1; FR2816356A1; FR2816356B1; ATE262113T1; EP1203876A1; DE60102337D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für die Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters in einer Abgasanlage eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs.
Es ist bekannt, dass die Verringerung von Schadstoffemissionen beziehungsweise Umwelt verschmutzenden Emissionen, welche mit dem Betrieb von Kraftfahrzeugmotoren und insbesondere Dieselmotoren verbunden sind, im ständigen Bemühen der Konstrukteure steht.
Im Stand der Technik wurden bereits verschiedene Systeme entwickelt, um die Höhe dieser Schadstoffemissionen insbesondere mittels Verwendung eines in der Abgasanlage eingebauten Partikelfilters zu reduzieren.
Zum Beispiel ist aus der Schrift EP-A-0 859 132 ein System nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt.
Jedoch bereitet die Steuerung der Filterfunktion und insbesondere die Steuerung seiner Regeneration noch Schwierigkeiten.
Das Ziel der Erfindung liegt somit darin, diese aufzuheben.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein System für die Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters in einer Abgasanlage eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs mit Folgendem zum Gegenstand:

– Einrichtungen zur Erfassung von Daten des Betriebszustandes des Fahrzeugs, und
– Einrichtungen zur Analyse dieser Daten zur Ermittlung eines für den Ablauf der Regeneration günstigen Fahrbetriebszustands des Fahrzeugs, um diese auszulösen,

Cr inst = V (1 + k Pp)

Die Erfindung wird durch die Lektüre der nachfolgenden Beschreibung besser verständlich, welche nur beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.
Hierbei zeigt:
1 die Darstellung eines Blockschaltbilds, welches einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs zeigt, sowie die verschiedenen mit diesem verbundenen Bauteile, und
2 die Ermittlung eines Fahrbetriebszustands.
Die 1 stellt tatsächlich einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs dar, welcher mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist.
Dieser Dieselmotor ist mit Einrichtungen zur Luftzufuhr in seinem Einlass verbunden, welche das Bezugszeichen 2 aufweist.
Am Auslass ist dieser Motor mit einer Abgasanlage mit dem Bezugszeichen 3 verbunden.
Einrichtungen zur Abgasrückführung des Motors in seinen Einlass sind ebenfalls vorgesehen und trägt das Bezugszeichen 4.
Diese Einrichtungen sind dann zum Beispiel zwischen dem Auslass des Motors und den Einrichtungen zum Lufteinlass in diesen eingefügt.
Die Abgasanlage kann auch mit einem Turbolader mit dem Bezugszeichen 5 verbunden sein und insbesondere in üblicher Weise mit dem Abschnitt seiner Turbine.
Schließlich weist die Abgasanlage einen Oxidationskatalysator mit dem Bezugszeichen 6 auf, welcher in Abgasströmungsrichtung vor einem Partikelfilter mit dem Bezugszeichen 7 angeordnet ist, der in der Abgasanlage angeordnet ist.
Ebenfalls steht der Motor mit einer gemeinsamen Kraftstoffversorgungsanlage der Zylinder des Motors in Verbindung. Diese Anlage ist in dieser Figur mit dem Bezugszeichen 8 versehen und weist beispielsweise mit diesen Zylindern verbundene, elektrisch gesteuerte Hochdruckeinspritzdüsen auf.
Selbstverständlich können andere Hochdruckversorgungssysteme wie zum Beispiel mit Einspritzpumpen vorgesehen werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Motor ein Vierzylindermotor und weist somit jeweils vier elektrisch gesteuerte Einspritzdüsen 9, 10, 11, und 12 auf.
Diese verschiedenen Einspritzdüsen sind zum Beispiel mit einer gemeinsamen Kraftstoff-Hochdruckversorgungsleitung mit dem Bezugszeichen 13 verbunden und an eine Kraftstoffversorgungseinrichtung mit dem Bezugszeichen 14 angeschlossen, welche zum Beispiel eine Hochdruckpumpe aufweist.
Die Kraftstoffversorgungseinrichtung ist mit einem Kraftstoffvorratsbehälter mit dem Bezugszeichen 15 und beispielsweise mit Einrichtungen verbunden, welche diesem Kraftstoff ein Additif beziehungsweise einen Zusatz hinzufügt, das zur Ablagerung in dem Partikelfilter bestimmt ist, um die Verbrennungstemperatur der in diesem abgeschiedenen Partikel zu senken.
Dieses Additif kann nämlich zum Beispiel in einem Hilfsbehälter enthalten sein, der das Bezugszeichen 16 trägt und mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 15 verbunden ist, um das Einspritzen einer bestimmten Menge von Additif in den Kraftstoff zu ermöglichen.
Weitere Einrichtungen zum Absenken dieser Temperatur können ebenfalls zum Einsatz kommen, wie beispielsweise ein Katalyse-Partikelfilter.
Schließlich sind dieser Motor und die oben beschriebenen verschiedenen Organe ebenfalls mit Einrichtungen zur Steuerung ihrer Funktionen verbunden, die in dieser Figur das Bezugszeichen 17 tragen und zum Beispiel einen geeigneten Rechner 18 aufweisen, der mit einer Einrichtung zur Speicherung von Informationen 19 verbunden ist, und eingangsseitig an verschiedenen Einrichtungen zur Aufnahme von Informationen angeschlossen, die in Beziehung zu unterschiedlichen Funktionsparametern dieses Motors und dieser Organe stehen, wobei der Rechner dann zur Steuerung der Einrichtungen zur Luftzufuhr, der Einrichtungen zur Abgasrückführung, des Turboladers und/oder des Versorgungssystems zur Steuerung der Motorfunktion und besonders des durch diesen in üblicher Weise erzeugten Drehmoments in Funktion der Fahrbedingungen des Fahrzeugs ausgebildet ist.
So ist der Rechner zum Beispiel mit einem Differenzdruckgeber 20 verbunden, der an den jeweiligen Anschlüssen 6 und 7 des Katalysators und des Partikelfilters liegt, sowie mit Temperaturgebern 21, 22 und 23, die jeweils in Abgasströmungsrichtung vor dem Katalysator, zwischen dem Katalysator und dem Partikelfilter und in Abgasströmungsrichtung hinter dem Partikelfilter in der Abgasanlage angeordnet sind.
Der Druckgeber 20 kann ebenfalls nur an den Anschlüssen des Filters liegen.
Der Rechner kann auch eine Information über den Sauerstoffgehalt des Abgases über eine λ-Lambdasonde erhalten, die das Bezugszeichen 24 in dieser Figur aufweist und in der Abgasanlage angeordnet ist.
Ausgangsseitig ist der Rechner zur Steuerung von Folgendem ausgebildet: der Einrichtungen zur Luftzufuhr, der Einrichtungen zur Abgasrückführung, des Turboladers, der Einrichtungen zum Zufügen eines Additifs beziehungsweise Zusatzes zum Kraftstoff, der Einrichtungen zur Kraftstoffversorgung der gemeinsamen Druckleitung und der verschiedenen, mit den Zylindern des Motors verbundenen Einspritzdüsen.
Insbesonders ist dieser Rechner zum Auslösen einer Regenerationsphase des Partikelfilters durch Verbrennung der in diesem abgeschiedenen Partikel ausgebildet, indem er eine Phase von mehrfachen Kraftstoffeinspritzungen in die Zylinder des Motors während ihrer Entspannungsphase auslöst
Die vom Motor im Verlauf seines Betriebs emittierten Partikel werden in der Tat in dem Partikelfilter abgeschieden. Es empfiehlt sich dann, diesen regelmäßig durch Verbrennung dieser Partikel zu regenerieren.
Die Einrichtungen zur Steuerung 17 sind auch mit Einrichtungen zur Bestimmung des Aktivierungszustandes des Oxidationskatalysators 6 verbunden, welche durch den Rechner 18 dieser Einrichtungen zur Steuerung gebildet werden, um während der Regeneration des Filters in fortlaufender Weise die Ablaufbedingungen der Phase der mehrfachen Kraftstoffeinspritzungen in die Zylinder des Motors anzupassen, damit der Aktivierungszustand des Katalysators berücksichtigt wird.
Dieses wird ausgeführt, indem die Einspritzphase und/oder die Einspritzmenge des Kraftstoffs während der mehrfachen Einspritzungen gesteuert wird, um durch die Steuerung des Kraftstoffversorgungssystems in kontinuierlicher Weise die Menge der während dieser Phase durch den Motor erzeugten Kohlenwasserstoffe dem Niveau der Wirksamkeit des Katalysators anzupassen und dessen Funktion zu optimieren.
Eine fortwährende Überwachung des Niveaus der Wirksamkeit des Katalysators ermöglicht somit das kontinuierliche Steuern der Einspritzphase und/oder die Einspritzmenge des Kraftstoffs zur kontinuierlichen Optimierung der Katalysatorfunktion und somit der Temperatur im Inneren dieses Katalysators, wobei jede Verschlechterung desselben, des Partikelfilters oder auch des Motors und jegliche Erzeugung von Rauch oder Gerüchen vermieden wird.
Der Aktivierungszustand des Katalysators 6 kann durch den Rechner 18 beispielsweise anhand der durch die Temperaturgeber 21 im Einlass des Katalysators und 22 in dessen Auslass in üblicher Weise gelieferten Werte bestimmt werden.
Vorzugsweise ist der Rechner 18 mit einer integrierten numerischen Modellierung des Katalysators verbunden, um dessen Aktivierungszustand anhand der durch die von den Gebern gelieferten Informationen zu erkennen.
Selbstverständlich können andere Einrichtungen verwendet werden, wie zum Beispiel Einrichtungen zur Analyse der chemischen Zusammensetzung des Abgases im Einlass und im Auslass dieses Katalysators.
Wie oben erwähnt, ist der Rechner mit Gebern verbunden, welche es ermöglichen, Informationen in Beziehung zu den Betriebszuständen des Fahrzeugs aufzunehmen, wie beispielsweise seine Geschwindigkeit, die Stellung des Gaspedals, den Bereich beziehungsweise das Betriebsverhalten der Motordrehzahl und dergleichen.
Dieser Rechner 18 ist dann derart ausgebildet, dass er diese Informationen zur Bestimmung eines für den Ablauf der Regeneration günstigen Fahrbetriebszustand des Fahrzeugs analysiert, damit er diesen dann auslöst.
Es ist in der Tat bekannt, dass die Erhöhung der Temperatur des Abgases und die dadurch normalerweise erreichte Temperatur bedeutender sind, wenn der Motor des Fahrzeugs in einem belasteten Betriebspunkt benutzt wird.
Der Rechner ist dann so ausgelegt, um einen solchen günstigen Fahrbetriebszustand zu ermitteln, beispielsweise auf der Autobahn.
Der Rechner ist tatsächlich zur Identifikation eines aktuellen Fahrbetriebszustands des Fahrzeugs unter folgenden ausgebildet: Stadtfahrt, Überlandfahrt, Bergfahrt oder Autobahnfahrt, wobei er ein Kriterium des momentanen Fahrbetriebszustands des Fahrzeugs nach folgender Beziehung berechnet: Cr inst = V (1 + k Pp) Mit
Cr inst :Kriterium des momentanen Fahrbetriebszustands
V :Fahrzeuggeschwindigkeit
Pp :Position des Gaspedals
K :Korrekturfaktor,
Dieses Kriterium des momentanen Fahrbetriebszustands wird dann vom Rechner geglättet und mit vorbestimmten Schwellwerten verglichen, welche unterschiedlichen Fahrbetriebszuständen entsprechen, um den momentanen Fahrbetriebszustand zu ermitteln, wie in der 2 dargestellt ist.
Als Funktion des aktuellen ermittelten Fahrbetriebszustands wird die Regeneration des Partikelfilters von dem Rechner ausgelöst oder nicht, in Abhängigkeit davon, ob dieser Zustand für diese Regeneration günstig ist oder nicht.
So ist bekannt, dass die Bedingungen für die Regeneration des Filters bei einer Fahrt des Fahrzeugs auf der Autobahn optimal sind, in dem Bereich, in welchem der Motor belastet ist.
Dieses ermöglicht, die Anzahl von erfolgreichen Regenerationen zu erhöhen und den durch das nachträgliche Einspritzen induzierten Mehrverbrauch zu verringern.
Das Kriterium des momentanen Fahrbetriebszustands kann beispielsweise durch Filterung oder Berechnung eines Glättungsmittelwerts über eine Periode von Zeiten T erhalten werden.
Selbstverständlich können weitere Ausführungsvarianten zur Anwendung kommen, zum Beispiel durch Modifizieren der für die Berechnung des Kriteriums des momentanen Fahrbetriebszustands einbezogenen Parameter.

Claims

System für die Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters in einer Abgasanlage eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus: – Einrichtungen (18) zur Erfassung von Daten des Betriebszustandes des Fahrzeugs, und – Einrichtungen (18) zur Analyse dieser Daten zur Ermittlung eines für den Ablauf der Regeneration günstigen Fahrbetriebszustands des Fahrzeugs, um diese auszulösen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (18) zur Analyse für die Steuerung der Funktion der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsanlage (14) der Zylinder des Motors ausgebildet sind, um die Regenerationsphase des Partikelfilters durch Verbrennung der in ihm abgeschiedenen Partikel einzuleiten, indem eine Phase von mehrfachen Kraftstoffeinspritzungen in die Zylinder des Motors während ihres Arbeitstaktes ausgelöst wird, und dass die Einrichtungen (18) zur Analyse ausgebildet sind, einen aktuellen Fahrbetriebszustands des Fahrzeugs unter den Betriebszuständen im Stadtverkehr, auf der Landstraße, im Gebirge oder auf der Autobahn zu identifizieren, und dass die Einrichtungen (18) zur Analyse ausgebildet sind, ein Kriterium des momentanen Fahrbetriebszustands des Fahrzeugs nach folgender Beziehung zu berechnen: Cr inst = V (1 + k Pp)Mit Cr inst :Kriterium des momentanen Fahrbetriebszustands V :Fahrzeuggeschwindigkeit Pp :Position des Gaspedals K :Korrekturfaktor, dieses Kriteriums des momentanen Fahrbetriebszustands zu glätten und dasselbe mit vorbestimmten Schwellwerten zu vergleichen, welche unterschiedlichen Fahrbetriebszuständen entsprechen, um den momentanen Fahrbetriebszustand zu ermitteln.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor mit unterschiedlichen Einrichtungen verbunden ist, unter denen sich Einrichtungen (2) für die Luftzufuhr in den Motor, Einrichtungen (3) für die Abgasrückführung des Motors in seinen Einlass, ein Turboverdichter (5), ein Oxidationskatalysator (6), der in der Abgasanlage in Strömungsrichtung vor dem Partikelfilter (7) angeordnet ist, und Einrichtungen (16) zum Absenken der Verbrennungstemperatur der in diesem abgeschiedenen Partikel befinden.
System nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Kraftstoffversorgungsanlage ein Versorgungssystem mit gemeinsamer Hochdruckversorgungsleitung der Zylinder des Motors aufweist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Kraftstoffversorgungsanlage Einspritzpumpen aufweist.
System nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Absenken der Verbrennungstemperatur der Partikel Einrichtungen (16) aufweisen, welche dem Kraftstoff einen Zusatz beifügen, der dazu bestimmt ist, sich im Partikelfilter abzulagern.
System nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter ein Katalysefilter ist.