DE602004005074T2

DE602004005074T2 - Hilfssystem zur regenerierung von in der abgasleitung eines dieselmotors für ein kraftfahrzeug enthaltende immissionsschutzmittel

Info

Publication number: DE602004005074T2
Application number: DE602004005074T
Authority: DE
Inventors: Christophe Colignon
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2024-10-02
Also published as: JP2007510840A; DE602004005074D1; EP1689994A1; US20070017211A1; JP4564496B2; FR2862098A1; ES2282915T3; US7549285B2; ATE355449T1; WO2005049993A1; FR2862098B1; EP1689994B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Unterstützung der Regeneration von mit einen Oxidationskatalysator bildenden assoziierten und in eine Abgasleitung eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs integrierten Mitteln zur Abgasreinigung.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein System, bei dem der Motor mit Common-Rail-Mitteln für die Kraftstoffzufuhr der Zylinder des Motors assoziiert ist, die geeignet sind, bei gleich bleibendem Motordrehmoment eine Strategie für die Regeneration durch Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder entsprechend wenigstens einer Nacheinspritzung durchzuführen.
Während der Regeneration der Mittel zur Abgasreinigung, wie zum Beispiel eines Partikelfilters, sind die Phase, in welcher der Fuß vom Gaspedal des Fahrzeugs genommen wird (keine Kraftstoffeinspritzung bei normalem Betrieb) und die Leerlaufphase des Motors (sehr niedrige Abgastemperatur) problematisch, weil während dieser Phasen die Abgastemperatur sinkt, das heißt die Temperatur der Abgasleitung sowie der darin integrierten Elemente.
Die Verwendung einer oder mehrerer Nacheinspritzung(en) während der Betriebsphasen des Motors ermöglicht die Einschränkung des Temperaturabfalls der Abgasleitung, wobei dies auf Grundlage der katalytischen Umsetzung der Kohlenwasserstoffe geschieht, die durch die Verbrennung der Nacheinspritzung(en) im Motor entstanden sind.
Ein derartiges System wird zum Beispiel in den Dokumenten EP 1174612 und EP 1281852 beschrieben.
Diese Strategien basieren jedoch auf der Wärmefreisetzung, die von den den Katalysator bildenden Mitteln erzeugt wird, wobei diese Mittel, die zum Beispiel einen Oxidationskatalysator oder eine NO_x-Falle mit einer CO/HC-Oxidationsfunktion umfassen, als aktiviert betrachtet werden.
Während der Phasen des Zurückkehrens in den Leerlauf des Motors in Folge eines Vom-Gaspedal-Gehens erfolgt weder eine Haupteinspritzung noch eine Voreinspritzung und die oder jede Nacheinspritzung verbrennt daher nicht im Zylinder, denn sie führt lediglich dazu, dass der Kraftstoff in Form von Kohlenwasserstoffen, die durch die den Katalysator bildenden Mittel umgewandelt werden, verdampft.
Die Eingangstemperatur der den Oxidationskatalysator bildenden Mittel ist deshalb sehr niedrig und trotz der katalytischen Wärmefreisetzung, die durch die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe erzeugt wird, die aus der oder jeder Nacheinspritzung stammen, kühlt sich die Vorderseite der den Katalysator bildenden Mittel kontinuierlich ab und ihre Umsetzungsaktivität wird zunehmend geringer.
Während der Leerlaufphasen des Motors ist die Temperatur am Eingang der den Katalysator bildenden Mittel trotz der Verwendung einer oder mehrerer Nacheinspritzung(en) relativ niedrig. Die Strategie der Nacheinspritzung im Leerlauf beruht auch auf der katalytischen Umsetzung der durch die Verbrennung der Nacheinspritzung(en) in dem Motor erzeugten Kohlenwasserstoffe. Trotz dieser katalytischen Wärmefreisetzung kühlt die Vorderseite der den Katalysator bildenden Mittel kontinuierlich ab und ihre Umsetzungsaktivität wird zunehmend geringer.
Während einer Phase des Zurückkehrens in den Leerlauf oder einer längeren Leerlaufphase kann es vorkommen, dass die den Katalysator bildenden Mittel nicht in ausreichendem Maße aktiv sind, um alle Kohlenwasserstoffe umzuwandeln, was zu Höchstwerten bei den Kohlenwasserstoffen am Ausgang dieser den Katalysator bildenden Mittel und sogar zu blauem Rauch und/oder zu Gerüchen am Auspuff führt.
Außerdem führt die Verwendung von Nacheinspritzungen zu einer Verdünnung des Schmieröls durch den Kraftstoff, was die Schmiereigenschaften des Öls verschlechtert und insbesondere zu einer verringerten Viskosität führt und im Falle einer zu stark verringerten Viskosität zu einem Schaden des Motors führen kann.
Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, diese Probleme zu lösen.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist der Gegenstand der Erfindung ein System zur Unterstützung der Regeneration von mit einen Oxidationskatalysator bildenden Mitteln assoziierten und in eine Abgasleitung eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs integrierten Mitteln zur Abgasreinigung, wobei der Motor mit Common-Rail-Mitteln für eine Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern des Motors assoziiert ist, die geeignet sind, bei gleich bleibendem Motordrehmoment eine Strategie für die Regeneration durch Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder entsprechend wenigstens einer Nacheinspritzung durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes umfasst:

– Mittel für das Detektieren einer Regenerationsanforderung und somit einer Anforderung der Nacheinspritzung;
– Mittel für das Detektieren eines Zustands, in dem der Fuß vom Gaspedal des Fahrzeugs genommen wird und/oder einer Leerlaufphase des Fahrzeugmotors;
– Mittel für das Erfassen der Temperatur, die den den Katalysator bildenden Mitteln nachgeordnet sind;
– Mittel für das Bestimmen einer Höchstdauer der Anwendung der Nacheinspritzungen während der Phase des Zurückkehrens in den Leerlauf in Folge eines Vom-Gaspedal-Gehens und während einer Leerlaufphase, ausgehend von dieser Temperatur; und
– Mittel für das sofortige Unterbrechen der oder jeder Nacheinspritzung, falls die Verwendungsdauer der Nacheinspritzungen während der Phase des Zurückkehrens in den Leerlauf die vorbestimmte Höchstdauer der Anwendung erreicht hat und/oder für das kontinuierliche Verringern der oder jeder Nacheinspritzung, wenn die Verwendungsdauer der Nacheinspritzungen während der Leerlaufphase des Motors die vorbestimmte Höchstdauer der Anwendung erreicht hat.

– Die Mittel für das Verringern sind geeignet, die oder jede Nacheinspritzung gemäß einer kalibrierbaren Einspritzleitung zu verringern;
– Die Mittel zur Abgasreinigung umfassen einen Partikelfilter;
– Die Mittel zur Abgasreinigung umfassen eine NO_x-Falle;
– Der Kraftstoff umfasst ein Additiv, das sich mit den Partikeln, mit denen es vermischt wird, auf den Mitteln zur Abgasreinigung ablagern soll, um deren Regeneration zu erleichtern;
– Der Kraftstoff umfasst ein Additiv, das eine NO_x-Falle bildet; und
– Der Motor ist mit einem Turbolader assoziiert.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung verständlicher, die lediglich exemplarisch ist und Bezug auf die angehängten Zeichnungen nimmt. Dabei zeigt
1 ein Blockdiagramm, das die allgemeine Struktur eines Systems zur Unterstützung der Regeneration gemäß der Erfindung veranschaulicht; und
2 ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise desselben veranschaulicht.
In 1 wurde die allgemeine Struktur eines Systems zur Unterstützung der Regeneration der Mittel zur Abgasreinigung veranschaulicht, wobei diese Mittel in dieser Figur mit der allgemeinen Bezugsziffer 1 bezeichnet werden und mit mit der allgemeinen Bezugsziffer 2 bezeichneten, einen Oxidationskatalysator bildenden Mitteln assoziiert und in die Abgasleitung 3 eines Dieselmotors 4 eines Kraftfahrzeugs integriert sind.
Der Motor kann mit einem Turbolader assoziiert sein, und in diesem Fall ist dessen Turbinenabschnitt 5 ebenfalls mit dieser Abgasleitung assoziiert, während der Verdichterabschnitt 6 des Turboladers dem Motor vorgeschaltet ist.
Des Weiteren ist dieser Motor ebenfalls mit Common-Rail-Mitteln 7 für die Kraftstoffzufuhr der Zylinder des Motors assoziiert, die geeignet sind, bei gleich bleibendem Motordrehmoment auf herkömmliche Weise eine Strategie für die Regeneration durch Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder durchzuführen, entsprechend wenigstens einer Nacheinspritzung.
Diese Mittel werden von einer Steuereinheit gesteuert, die mit der allgemeinen Bezugsziffer 8 bezeichnet wird und die geeignet ist, eine zum Beispiel von einer Überwachungseinheit der Mittel für die Abgasreinigung abgegebenen Regenerationsanforderung req.RG und somit eine Anforderung einer Nacheinspritzung zu empfangen und die mit Mitteln 9 für das Feststellen eines Zustands, in welchem der Fuß vom Gaspedal des Fahrzeugs genommen wird, sowie mit Mitteln für das Detektieren einer Leerlaufphase des Fahrzeugmotors verbunden sind, die mit der allgemeinen Bezugsziffer 10 bezeichnet werden.
Diese Mittel können jede beliebige geeignete Struktur aufweisen.
Des Weiteren ist diese Steuereinheit 8 auch mit Mitteln für das Erfassen der Temperatur verbunden, die den den Katalysator bildenden Mitteln 2 nachgeschaltet sind, wobei diese Mittel für das Erfassen mit der allgemeinen Bezugsziffer 11 bezeichnet werden.
Diese Mittel umfassen jeden beliebigen geeigneten Temperatursensor.
Dies ermöglicht somit, dass diese Steuereinheit 8 nach der Feststellung einer Regenerationsanforderung und somit einer Anforderung einer Nacheinspritzung einen Zustand, in dem der Fuß vom Gaspedal des Fahrzeugs genommen wird, oder eine Leerlaufphase des Motors feststellt, wie in Schritt 12 in 2 veranschaulicht wird.
Die Einheit 8 ist somit geeignet, in Schritt 13 die Temperatur hinter den den Katalysator bildenden Mitteln zu erfassen und ausgehend von dieser Temperatur in Schritt 14 eine Höchstdauer der Anwendung der Nacheinspritzungen während der Phase des Zurückkehrens in den Leerlauf in Folge eines Vom-Gaspedal-Gehens oder einer Leerlaufphase zu bestimmen.
Die Einheit 8 überwacht daraufhin in Schritt 15 und 16 die Dauer der Verwendung der Nacheinspritzungen und bestimmt den Zeitpunkt, an dem diese Verwendungsdauer die vorbestimmte Höchstdauer der Anwendung erreicht hat.
Hat die Verwendungsdauer während der Phase des Zurückkehrens in den Leerlauf in Folge eines Vom-Gaspedal-Gehens die vorbestimmte Höchstdauer der Anwendung erreicht, wie dies in Schritt 17 veranschaulicht ist, ist die Steuereinheit 8 geeignet, sofort die oder jede Nacheinspritzung zu unterbrechen, wie in Schritt 18 veranschaulicht.
Hat die Verwendungsdauer allerdings während der Leerlaufphase des Motors die vorbestimmte Höchstdauer. der Anwendung erreicht hat, wie dies in Schritt 19 veranschaulicht wird, ist die Steuereinheit geeignet, kontinuierlich die oder jede Nacheinspritzung zu verringern, gemäß einer beispielsweise kalibrierbaren Einspritzleitung in Schritt 20.
Es gilt ebenfalls zu beachten, dass ein derartiges System mit Mitteln zur Abgasreinigung funktionieren kann, die von einem Partikelfilter und einer NO_x-Falle gebildet werden, und dass ein Additiv, das sich mit den Partikeln, mit denen es vermischt wird, auf den Mitteln zur Abgasreinigung ablagern soll, um deren Regeneration zu erleichtern, in herkömmlicher Weise ebenfalls mit dem Kraftstoff vermischt werden kann, um die Verbrennungstemperatur der darin aufgefangenen Rußpartikel zu senken.
In herkömmlicher Weise liegt dieses Additiv nämlich nach der Verbrennung des mit einem Additiv versehenen Kraftstoffs im Motor in den Partikeln vor.
Auch ein Additiv, das eine NO_x-Falle bildet, kann in Betracht gezogen werden.
Daraus ist ersichtlich, dass aufgrund einer derartigen Struktur eine Höchstdauer der Anwendung der Nacheinspritzungen für die Leerlaufphasen und die Phasen des Vom-Gaspedal-Gehens zugelassen wird.
Diese Höchstdauer liegt in Form eines Zeitzählers vor, der nach unten gezählt wird, das heißt, der gemäß der während der Regeneration gehäuften Leerlaufphasen und/oder den Phasen des Vom-Gaspedal-Gehens abnimmt/abläuft. Dieser Zähler wird am Ende dieser Phasen erneut initialisiert.
Dieses System ermöglicht es, die Mengen an in der Nacheinspritzung eingespritztem Kraftstoff während der Phasen des Vom-Gaspedal-Gehens oder der Leerlaufphase einzuschränken, wenn die Temperaturhöhen in der Abgasleitung am nachteiligsten sind.
Durch ein derartiges Einschränken der Gesamtmenge des während dieser Phasen in der Nacheinspritzung eingespritzten Kraftstoffs, die im Hinblick auf die Regeneration der Mittel zur Abgasreinigung nicht die wirksamsten sind, wird das Zeitverhältnis der wirksamen Nacheinspritzung optimiert und die Verdünnung des Schmieröls des Motors durch den Kraftstoff eingeschränkt.
Dies ermöglicht schlussendlich auch, die Gefahr einzuschränken, dass die Oxidationsfunktion plötzlich abgeschwächt wird, was zu einem Defizit in der Umsetzung der Kohlenwasserstoffe und somit zu einer Kohlenwasserstoffwolke am Auspuff, die Rauch und/oder Gerüche erzeugen kann, führen könnte.
Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen denkbar.
Somit können zum Beispiel die Mittel zur Abgasreinigung und die den Oxidationskatalysator bildenden Mitteln in einem einzigen Element, insbesondere auf einem einzigen Substrat, integriert sein.
Zum Beispiel kann ein Partikelfilter mit der integrierten Oxidationsfunktion verwendet werden.
Ebenso kann eine entweder mit einem Additiv versetzte oder nicht mit einem Additiv versetzte NO_x-Falle mit einer integrierten derartigen Oxidationsfunktion verwendet werden.
Diese Oxidationsfunktion und/oder NO_x-Falle kann zum Beispiel von einem mit dem Kraftstoff vermischten Additiv erfüllt werden.

Claims

System zur Unterstützung der Regeneration von mit einen Oxidationskatalysator (2) bildenden assoziierten und in eine Abgasleitung (3) eines Dieselmotors (4) eines Kraftfahrzeugs integrierten Mitteln zur Abgasreinigung (1), in dem der Motor (4) mit Common-Rail-Mitteln (7) für eine Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern des Motors assoziiert ist, die geeignet sind, bei gleich bleibendem Motordrehmoment eine Strategie für die Regeneration durch Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder entsprechend wenigstens einer Nacheinspritzung durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes umfasst: – Mittel (8) für das Detektieren einer Regenerationsanforderung (req.RG) und somit der Nacheinspritzung; – Mittel (9, 10) für das Detektieren eines Zustands, in dem der Fuß vom Gaspedal des Fahrzeugs genommen wird oder einer Leerlaufphase des Motors; – Mittel (11) für das Erfassen der Temperatur, die den den Katalysator bildenden Mitteln (2) nachgeordnet sind, – Mittel (8) für das Bestimmen einer maximalen Dauer der Anwendung der Nacheinspritzungen während der Phase des Zurückkehrens in den Leerlauf in Folge eines Vom-Gaspedal-Gehens und während einer Leerlaufphase, ausgehend von dieser Temperatur; und – Mittel (7, 8) für das sofortige Unterbrechen der oder jeder Nacheinspritzung, falls die Verwendungsdauer der Nacheinspritzungen während der Phase des Zurückkehrens in den Leerlauf die vorbestimmte Höchstdauer der Anwendung erreicht hat und/oder für das kontinuierliche Verringern der oder jeder Nacheinspritzung, wenn die Verwendungsdauer der Nacheinspritzungen während der Leerlaufphase des Motors die vorbestimmte Höchstdauer der Anwendung erreicht hat.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für das Verringern (7, 8) geeignet sind, die oder jede Nacheinspritzung gemäß einer kalibrierbaren Einspritzleitung (20) zu verringern.
System gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Abgasreinigung (1) einen Partikelfilter umfassen.
System gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Abgasreinigung (1) eine No_x-Falle umfassen.
System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff ein Additiv beinhaltet, das sich mit den Partikeln, mit denen es vermischt wird, auf den Mitteln zur Abgasreinigung (1) ablagern soll, um deren Regeneration zu ermöglichen.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff ein Additiv beinhaltet, das eine NO_x-Falle bildet.
System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor mit einem Turbolader (5, 6) assoziiert ist.