SE536169C2 - Förfarande och system för avgasrening - Google Patents

Description

535 169 komponenter, såsom t.ex. partikelfilter. Det förekommer även partikelfilter och katalysatorer som är integrerade med varandra.

Vid förbränningsmotorns förbränning i cylindrarna bildas sotpartiklar. Partikelfilter används för att fånga upp dessa sotpartiklar, och fungerar på så sätt att avgasströmmen leds genom en filterstruktur där sotpartiklar fångas upp från den passerande avgasströmmen och upplagras i partikelfiltret.

Partikelfiltret fylls med sot allteftersom fordonet framförs, och förr eller senare måste filtret tömmas på sot, vilket vanligtvis åstadkoms med hjälp av s.k. regenerering. Såsom framgår nedan kan föreliggande uppfinning utnyttjas bland annat vid regenerering. Uppfinningen kommer därför, för att kunna exemplifieras, i detta dokument i huvudsak beskrivas för dess tillämpning vid regenerering. Emellertid är uppfinningen inte på något sätt begränsad till denna tillämpning, vilket också framgår nedan.

Regenerering innebär att sotpartiklarna, vilka i huvudsak består av kolpartiklar, omvandlas till koldioxid och/eller kolmonoxid i en eller flera kemiska processer, och i huvudsak kan regenerering ske på två olika sätt. Dels kan regenerering ske genom s.k. syre(O2)-baserad regenerering, även kallad aktiv regenerering. Vid aktiv regenerering adderas bränsle till avgaserna, vilket är avsett att brinna upp i en oxidationskatalysator anordnad uppströms från partikelfiltret.

Vid aktiv regenerering omvandlas kol med hjälp av syre till koldioxid samt värme.

Denna kemiska reaktion erfordrar förhållandevis höga partikelfiltertemperaturer för att önskad reaktionshastighet (tömnings-hastighet) över huvud taget ska uppstå.

Istället för, eller tillsammans med, aktiv regenerering kan N02-baserad regenerering, även kallad passiv regenerering, 536 169 tillämpas. Vid passiv regenerering bildas kväveoxid och koloxid genom en reaktion mellan kol och kvävedioxid. Fördelen med passiv regenerering är att önskade reaktionshastigheter, och därmed den hastighet med vilken filtret töms, kan uppnås vid betydligt lägre temperaturer.

Under vissa förutsättningar förbränns i oxidationskatalysatorn inte allt det ovan nämnda bränslet, vilket vid den aktiva regenereringen har adderats till avgaserna, varvid en viss mängd av detta bränsle når partikelfiltret. Den mängd bränsle vilken när partikelfiltret bör förbrännas i partikelfiltret för att nå uppställda utsläppskrav för kolväten.

Emellertid genereras värme vid förbränningen av bränslet både i oxidationskatalysatorn och i partikelfiltret på grund av den kemiska reaktionen för förbränningen (se ekvation 1 nedan).

Reaktionshastigheten för denna kemiska reaktion ökar exponentiellt med temperaturen, vilket gör att den snabbt blir okontrollerbar vid ökande temperaturer, och riskerar att stiga till temperaturer högre än vad filterstrukturen tål, varvid smältning av filterstrukturen riskerar att ske. Därför är det av yttersta vikt att temperaturen för partikelfiltret hålls på en väsentligen jämn nivà, vid vilken förbränningen går tillräckligt snabbt samtidigt som okontrollerad temperaturstegring förhindras.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla ett förfarande för reglering av en temperatur i ett partikelfilter. Detta syfte uppnås genom ovan nämnda förfarande enligt den kännetecknande delen av patentkrav 1.

Syftet uppnås även genom ovan nämnda system enligt den kännetecknande delen av patentkrav 17. Detta syfte uppnås även av det ovan nämnda datorprogrammet. 536 169 Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas ett förhållande mellan ingångstemperaturen YL¿WF för partikelfiltret och för själva temperaturen Y@W i partikelfiltret, vilket anger hur partikelfiltertemperaturen IQ* förändras i förhållande till förändringar hos ingångstemperaturen TLJWF. Förhållandet beror av HC-slippet, det vill säga den mängd bränsle som passerar genom oxidationskatalysatorn utan att förbrännas och därefter når partikelfiltret där det förbränns. Föreliggande uppfinning tar alltså hänsyn till den värme som alstras när detta oförbrända bränsle förbränns i partikelfiltret.

Genom att basera regleringen av ingángstemperaturen TQJWF pà detta förhållande kan temperaturen Tàw i partikelfiltret indirekt regleras via ingångstemperaturen 7@¿wF. Enligt uppfinningen justeras alltså, baserat på förhållandet, ingångstemperaturen TL_mW upp och ner i värde, vilket gör att temperaturen TEW i partikelfiltret kan hållas väsentligen konstant kring sin máltemperatur.

Detta har en stor fördel i att problemet med den termiska trögheten hos filtersystemet minskas, eftersom regleringen då utförs på ingàngstemperaturen TL¿wF till partikelfiltret, varför cirka 75% av massan för filtersystemet, det vill säga massatillskottet från partikelfiltret självt, inte bidrar till den termiska trögheten. Svarstiden minskas härmed med cirka 75%, vilket kraftigt reducerar regleringsproblematiken.

Genom den förkortade svarstiden kan ingångstemperaturen 7% MW regleras så att temperaturen IW, i partikelfiltret kan hållas på väsentligen samma nivå till exempel under det aktiva skedet av en regenerering av partikelfiltret. Temperaturen TQW i lO 536 169 partikelfiltret kan därför, genom utnyttjande av uppfinningen, styras att ligga på en nivå vilken både säkerställer effektiv regenerering och förhindrar oönskad temperaturstegring.

Föreliggande uppfinning är generellt applicerbar på väsentligen alla tillämpningar där bränsle adderas till avgasströmmen och där en temperaturprofil med små variationer önskas följas för temperaturer i partikelfiltret och/eller för temperaturer efter partikelfiltret. Genom utnyttjande av uppfinningen kan alltså partikelfiltret och även komponenter nedströms från partikelfiltret, såsom till exempel en nedströms anordnad katalysator, skyddas mot för höga temperaturer.

Ytterligare kännetecken för föreliggande uppfinning och fördelar därav kommer att framgå ur följande detaljerade beskrivning av exempelutföringsformer och de bifogade ritningarna.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. la visar en drivlina i ett fordon vid vilket föreliggande uppfinning med fördel kan användas.

Fig. lb visar en exempelstyrenhet i ett fordonsstyrsystem.

Fig. 2 visar ett exempel på ett efterbehandlingssystem i ett fordon vid vilket föreliggande uppfinning med fördel kan användas.

Fig. 3a visar exempel på temperaturprofiler vid regenerering.

Fig. 3b visar exempel på temperaturprofiler vid regenerering.

Fig. 4 visar ett flödesschema för ett förfarande enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer 536 169 Fig. la visar schematiskt ett tungt exempelfordon 100, sásom en lastbil, buss eller liknande, enligt en exempelutföringsform av föreliggande uppfinning. Det i fig. la schematiskt visade fordonet 100 innefattar ett främre hjulpar 111, 112 och ett bakre hjulpar med drivhjul 113, 114. Fordonet innefattar vidare en drivlina med en förbränningsmotor 101, vilken på ett sedvanligt sätt, via en pà förbränningsmotorn 101 utgående axel 102, är förbunden med en växellåda 103, t.ex. via en koppling 106.

En från växellådan 103 utgående axel 107 driver drivhjulen 113, 114 via en slutväxel 108, såsom t.ex. en sedvanlig differential, och drivaxlar 104, 105 förbundna med nämnda slutväxel 108.

Fordonet 100 innefattar vidare ett efterbehandlingssystem/avgasreningssystem 200 för behandling (rening) av avgasutsläpp från förbränningsmotorn 101.

Efterbehandlingssystemet visas mer i detalj i fig. 2. Figuren visar fordonets 100 förbränningsmotor 101, där de vid förbränningen genererade avgaserna leds via ett turboaggregat 220 (vid turbomotorer driver ofta den fràn förbränningen resulterande avgasströmmen ett turboaggregat som i sin tur komprimerar den inkommande luften till cylindrarnas förbränning). Funktionen för turboaggregat är mycket välkänd, och beskrivs därför inte närmare här. Avgasströmmen leds sedan via ett rör 204 (indikerat med pilar) till ett partikelfilter 202 via en oxidationskatalysator (Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 205.

Oxidationskatalysatorn DOC 205 har flera funktioner, och utnyttjar det luftöverskott gom dieselmotorprocessen allmänt ger upphov till i avgasströmmen som kemisk reaktor tillsammans med en ädelmetallbeläggning i oxidationskatalysatorn.

Oxidationskatalysatorn används normalt primärt för att oxidera 536 'H59 kvarvarande kolväten och kolmonoxid i avgasströmmen till koldioxid och vatten.

Oxidationskatalysatorn kan dock även oxidera en stor andel av de i avgasströmmen förekommande kvävemonoxiderna (NO) till kvävedioxid (N02). Även ytterligare reaktioner kan förekomma i oxidationskatalysatorn.

I den visade utföringsformen av avgasreningssystemet är DOC 205 och DPF 202 integrerade i en och samma avgasreningsenhet 203. Det ska dock förstås att DOC 205 och DPF 202 inte behöver vara integrerade i en och samma avgasreningsenhet, utan enheterna kan vara anordnade på annat sätt där så finnes lämpligt. Till exempel kan DOC 205 vara anordnad närmare förbränningsmotorn 101.

Den i fig. 2 visade avgasreningssystemuppsättningen är vanligt förekommande vid tunga fordon, åtminstone i jurisdiktioner där högre utsläppskrav råder, men som alternativ till oxidationskatalysatorn kan istället partikelfiltret innefatta ädelmetallbeläggningar så att de i oxidationskatalysatorn förekommande kemiska processerna istället förekommer i partikelfiltret, varvid avgasreningssystemet således inte innefattar någon DOC 205.

Såsom nämnts bildas sotpartiklar vid förbränningsmotorns 101 förbränning. Dessa sotpartiklar bör inte, och får i många fall heller inte, släppas ut i fordonets omgivning. Dieselpartiklar består av kolväten, kol (sot) och oorganiska ämnen såsom svavel och aska. Såsom nämnts ovan fångas dessa sotpartiklar därför upp av partikelfiltret 202, vilket fungerar pà så sätt att avgasströmmen leds genom en filterstruktur där sotpartiklar fångas upp från den passerande avgasströmmen för att sedan upplagras i partikelfiltret 202. Med hjälp av 536 169 partikelfilter 202 kan en mycket stor andel av partiklarna avskiljas från avgasströmmen.

I takt med att partiklar avskiljs från avgasströmmen med hjälp av partikelfiltret 202 ansamlas alltså de avskiljda partiklarna i partikelfiltret 202, varvid detta med tiden fylls upp av sot. Beroende på faktorer såsom aktuella körförhàllanden, förarens körsätt och fordonslast kommer en större eller mindre mängd sotpartiklar att genereras, varför denna uppfyllnad ske mer eller mindre snabbt, men när filtret är uppfyllt till en viss nivå måste filtret "tömmas". Om filtret är uppfyllt till alltför hög nivå kan fordonets prestanda påverkas, samtidigt som även brandfara, p.g.a. sotansamling i kombination med höga temperaturer, kan uppstå.

Enligt ovan utförs tömning av partikelfilter 202 med hjälp av regenerering där sotpartiklar, kolpartiklar, i en kemisk process omvandlas till koldioxid och/eller kolmonoxid. Över tiden måste således partikelfiltret 202 med mer eller mindre regelbundna intervall regenereras, och bestämning av lämplig tidpunkt för regenerering av partikelfiltret kan t.ex. utföras med hjälp av en styrenhet 208, vilken t.ex. kan utföra bestämning av lämplig tidpunkt/tidpunkter åtminstone delvis med hjälp av signaler från en tryckgivare 209, vilken mäter differentialtrycket över partikelfiltret. Ju mer partikelfiltret 202 fylls upp, desto högre kommer tryckskillnaden över partikelfiltret 202 att vara. Även aktuella temperaturer före och/eller efter oxidationskatalysatörn 205 och/eller före och/eller efter partikelfiltret 202 kan inverka vid bestämning av regenereringstidpunkt. Dessa temperaturer kan t.ex. bestämmas med hjälp av temperatursensorer 210-212. 536 169 Normalt vidtas inga regenereringsàtgärder så länge som filtrets fyllnadsnivä understiger någon förutbestämd nivå.

T.ex. kan styrsystemets styrning av filterregenereringen vara så anordnad att inga åtgärder vidtas så länge som filtrets fyllnadsgrad t.ex. understiger någon lämplig fyllnadsgrad i intervallet 60-80%. Filtrets fyllnadsgrad kan uppskattas på något lämpligt sätt, t.ex. med hjälp av differentialtrycket enligt ovan, där en viss tryckskillnad representerar viss fyllnadsgrad.

Styrenheten 208 styr även regleringen av temperaturen i partikelfiltret enligt föreliggande uppfinning, vilket beskrivs mer i detalj nedan.

Allmänt består styrsystem i moderna fordon vanligtvis av ett kommunikationsbussystem bestående av en eller flera kommunikationsbussar för att sammankoppla ett antal elektroniska styrenheter (ECU:er), eller controllers, och olika på fordonet lokaliserade komponenter. Ett dylikt styrsystem kan innefatta ett stort antal styrenheter, och ansvaret för en specifik funktion kan vara uppdelat på fler än en styrenhet.

För enkelhetens skull visas i fig. 2 endast styrenheten 208, men fordon av den visade typen innefattar ofta ett relativt stort antal styrenheter, t.ex. för styrning av motor, växellåda, etc., vilket är välkänt för fackmannen inom teknikomràdet.

Föreliggande uppfinning kan alltså implementeras i styrenheten 208, men kan även implementeras helt eller delvis i en eller flera andra vid fordonet förekommande styrenheter.

Styrenheter av den visade typen är normalt anordnade att ta emot sensorsignaler från olika delar av fordonet, t.ex., såsom visas i fig. 2, nämnda trycksensor 209 och temperatursensorer 536 169 210-212, samt även t.ex. en motorstyrenhet (ej visad). De styrenhetsgenererade styrsignalerna är normalt även beroende både av signaler fràn andra styrenheter och signaler från komponenter. Till exempel kan styrenhetens 208 styrning av regenereringen enligt föreliggande uppfinning bero av information som till exempel mottas från motorstyrenheten samt de i"fig. 2 visade temperatur-/tryckgivarna.

Styrenheter av den visade typen är vidare vanligtvis anordnade att avge styrsignaler till olika delar och komponenter av fordonet, i föreliggande exempel till exempel till motorstyrenheten för att begära/beordra styrning av förbränningsmotorns förbränning enligt nedan.

Styrningen styrs ofta av programmerade instruktioner. Dessa programmerade instruktioner utgörs typiskt av ett datorprogram, vilket när det exekveras i en dator eller styrenhet åstadkommer att datorn/styrenheten utför önskad styrning, såsom förfarandesteg enligt föreliggande uppfinning.

Datorprogrammet utgör vanligtvis av en datorprogramprodukt 109 lagrad på ett digitalt lagringsmedium 121 (se figur lb) såsom exempelvis: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read- Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-minne, EEPROM (Electrically Erasable PROM), en hàrddiskenhet, etc., i eller i förbindelse med styrenheten, och som exekveras av styrenheten. Genom att ändra datorprogrammets instruktioner kan således fordonets uppträdande i en specifik situation anpassas.

En exempelstyrenhet (styrenheten 208) visas schematiskt i fig. lb, varvid styrenheten 208 i sin tur kan innefatta en beräkningsenhet 120, vilken kan utgöras av väsentligen någon lämplig typ av processor eller mikrodator, t.ex. en krets för digital signalbehandling (Digital Signal Processor, DSP), eller en krets med en förutbestämd specifik funktion 536 169 11 (Application Specific Integrated Circuit, ASIC).

Beräkningsenheten 120 är förbunden med en minnesenhet 121, vilken tillhandahåller beräkningsenheten 120 t.ex. den lagrade programkoden 109 och/eller den lagrade data beräkningsenheten 120 behöver för att kunna utföra beräkningar.

Beräkningsenheten 120 är även anordnad att lagra del- eller slutresultat av beräkningar i minnesenheten 121.

Vidare är styrenheten 208 försedd med anordningar 122, 123, 124, 125 för mottagande respektive sändande av in- respektive utsignaler. Dessa in- respektive utsignaler kan innehålla vågformer, pulser, eller andra attribut, vilka av anordningarna 122, 125 för mottagande av insignaler kan detekteras som information och kan omvandlas till signaler, vilka kan behandlas av beräkningsenheten 120.

Dessa signaler tillhandahålls sedan beräkningsenheten 120.

Anordningarna 123, 124 för sändande av utsignaler är anordnade att omvandla signaler erhållna från beräkningsenheten 120 för skapande av utsignaler genom att t.ex. modulera signalerna, vilka kan överföras till andra delar av fordonets styrsystem och/eller den/de komponenter för vilka signalerna är avsedda.

Var och en av anslutningarna till anordningarna för mottagande respektive sändande av in- respektive utsignaler kan utgöras av en eller flera av en kabel; en databuss, såsom en CAN-buss (Controller Area Network bus), en MOST-buss (Media Orientated Systems Transport), eller någon annan busskonfiguration; eller av en trådlös anslutning.

Enligt ovan kan regenerering ske på i huvudsak två olika sätt.

Dels kan regenerering ske genom s.k. syre(O2)-baserad regenerering, även kallad aktiv regenerering. Vid den aktiva regenereringen förbränns sotlasten i partikelfiltret 202 normalt väsentligen fullständigt. Det vill säga att en total 536 169 12 regenerering av partikelfiltret erhålles, varefter sothalten i partikelfiltret är väsentligen O gram.

Vid aktiva filtersystem adderas bränsle till avgaserna och detta bränsle är avsett att oxideras över oxidationskatalysatorn 205, vilken är placerad uppströms från partikelfiltret 202. När bränslet brinner alstras värme och en kemisk process i huvudsak enligt ekv. l erhålles i partikelfiltret 202: C + 02 ') C02 + värme (ekv. l) Således ombildas vid aktiv regenerering kol plus syrgas till koldioxid plus värme. Denna kemiska reaktion är dock kraftigt temperaturberoende, och erfordrar förhållandevis höga partikelfiltertemperaturer för att nämnvärd reaktionshastighet överhuvudtaget ska uppstå. Typiskt krävs en minsta partikelfiltertemperatur på 500°C, men företrädesvis bör partikelfiltertemperaturen vara än högre för att regenereringen ska ske med önskad hastighet.

Reaktionen enligt ekvation 1 har hög hastighet mellan 550°C och 650°C, och ökar exponentiellt med temperaturen, vilket gör att den snabbt blir okontrollerbar vid ökande temperaturer.

Ofta begränsas den maximala temperatur som kan användas vid aktiv regenerering av toleranser för de ingående komponenterna. T.ex. har ofta partikelfiltret 202 konstruktionsmässiga begränsningar med avseende på den maximala temperatur dessa får utsättas för. Till exempel kan partikelfiltret 202 och/eller dess aktiva beläggning, om sådan beläggning applicerats, förstöras genom till exempel smältning vid temperaturer över 650°C om mycket sot är ansamlat i partikelfiltret 202, eftersom partikelfiltrets struktur inte tål högre temperaturer än så. 536 'H39 13 Detta medför att den aktiva regenereringen kan ha en komponentrelaterad maximalt tillåten temperatur som är oönskat låg. Samtidigt krävs alltså en mycket hög lägsta temperatur för att någon användbar reaktionshastighet över huvud taget ska uppstå. Även temperaturen efter partikelfiltret 202 kan vara komponentmässigt begränsad på grund av känsliga komponenter sittandes nedströms partikelfiltret 202. Till exempel kan åtminstone en katalysator placeras nedströms partikelfiltret 202 i vissa avgasreningssystem. Dessa komponenter kan då behöva skyddas mot temperaturer överstigande en maximal temperaturgräns under regenereringsförfarandet.

Således är det mycket viktigt att kunna reglera temperaturen i partikelfiltret så att den ligger nära en önskad börtemperatur, där börtemperaturen normalt ligger i intervallet 400°C till 650°C, beroende av närvarande komponenter i avgasströmmen samt av önskad regenereringsstrategi, det vill säga passiv och/eller aktiv regenerering.

Det är volymmässigt och kostnadsmässigt ofördelaktigt att anordna oxidationskatalysatorn 205 så pass stor att den klarar av att oxidera allt bränsle som adderats för den aktiva regenereringen. I praktiken ser därför reaktionen i oxidationskatalysatorn ut enligt: Hc + 02 -) Hc + H20 + C02 + värme (ekv. 2) Termen HC som resulterar av reaktionen utgör här den mängd bränsle som passerar oxidationskatalysatorn 205 oförbränt, vilken ibland benämns ”HC-slippet”. Storleken på mängden oförbränt bränsle beror bland annat av avgasflödet och mängden adderat bränsle. Om till exempel en förare av fordonet ger 536 'IBS 14 ökat gaspådrag ökar flödet och storleken på HC-slippet ändras beroende av flödesändringen.

Därför är partikelfiltret 202 ofta belagt med ett aktivt material för att kunna oxidera det bränsle som passerar genom oxidationskatalysatorn 205 oförbränt. Den aktiva beläggningen i partikelfiltret förbättrar även en passiv regenerering i partikelfiltret. Eftersom en del av det adderade bränslet, det vill säga HC-slippet, förbränns först i partikelfiltret är det först därefter all energi i bränslet har omvandlats till värme. Alltså är det i praktiken först i en punkt direkt nedströms partikelfiltret som man vet vilken temperatur för partikelfiltret det adderade bränslet resulterar i.

Vidare har dessutom ett normaldimensionerat filtersystem, innefattande oxidationskatalysator 205 och partikelfilter 202, för ett större motorfordon, såsom en lastbil eller en buss, en avsevärd massa. Som ett ickebegränsande exempel kan nämnas att ett sådant filtersystem för ett motorfordon med en motorvolym om cirka 9 till 16 liter väger cirka 15 till 25 kg. Denna avsevärda massa gör att filtersystemet blir termiskt trögt, där en avsevärd mängd energi behövs för att öka temperaturen 1°C. Denna termiska tröghet resulterar i ett svàrreglerat filtersystem, eftersom svarstiden för filtersystemet innefattande oxidationskatalysatorn 205 och partikelfiltret 202 blir avsevärd. Till exempel kan svarstiden bli flera minuter vid ett lågt avgasmassflöde. Dessutom skulle en mätning i en punkt efter partikelfiltret 202 inte heller exakt visa förhållandena inom partikelfiltret.

Figur 3a visar exempel på temperaturprofiler under regenerering, där ovan nämnda problem med tidigare kända temperaturregleringar illustreras. Här motsvaras den tjocka heldragna kurvan 301 av T¿Jnf, vilken är en 536 169 katalysatoringångstemperatur för oxidationskatalysatorn 205 och kan mätas med en temperaturgivare 210 anordnad uppströms från oxidationskatalysatorn och i kontakt med avgaserna. Den punkt-streckade kurvan 302 motsvarar fikßW¿M,, vilket är ett börvärde för en ingångstemperatur för partikelfiltret 202. Den tunna heldragna kurva 303 motsvarar T¿,wF, vilket är en ingångstemperatur, det vill säga en verklig ingångstemperatur, för partikelfiltret 202. Punktkurva 304 motsvarar ÃWF, vilket är temperaturen för partikelfiltret 202.

I figur 3a framgår tydligt att temperaturen Th, i partikelfiltret 304 varierar kraftigt, då regleringen utförs baserat pà ett väsentligen konstant börvärde för en ingångstemperatur för partikelfiltret 202, det vill säga en kurva 302 för T;¿w,¿W vilken är väsentligen konstant under regenereringen. Här svänger temperaturen i partikelfiltret 304 på ett oönskat sätt på grund av oxidationskatalysatorns 205 varierande effektivitet avseende bränsleförbränningen, det vill säga beroende av HC-slippet. På grund av filtersystemets termiska tröghet är dessa kraftiga svängningar för temperaturen i partikelfiltret 304 svåra att motverka med tidigare känd reglering.

Enligt föreliggande uppfinning har partikelfiltret här en ingångstemperatur 7;¿w,, vilken bestäms i en punkt mellan oxidationskatalysatorn 205 och partikelfiltret 202, medelst till exempel temperaturgivaren 211, vilken står i kontakt med avgaserna, eller medelst en modell för ingångstemperaturen Z"Jw,. Ett förhållande mellan denna ingàngstemperatur 7L_m, för partikelfiltret 202 och temperaturen 75% för partikelfiltret definieras enligt uppfinningen. Förhållandet ingår i en modell av oxidationskatalysatorns 538 169 16 bränsleförbränningsfunktion. Detta förhållande beror av en mängd bränsle vilken passerar genom oxidationskatalysatorn 205 oförbränd, det vill säga av HC-slippet. Genom utnyttjande av detta förhållande regleras sedan ingångstemperaturen 7;_m, för partikelfiltret 202 baserat på förhållandet, varvid temperaturen 75? för partikelfiltret hålls väsentligen kring en förutbestämd måltemperatur under en definierad tidsperiod.

Då uppfinningen utnyttjas för reglering utgör den förutbestämda màltemperaturen typiskt en lämplig arbetstemperatur för regenereringen, vilken ligger inom intervallet 400°C till 650°C, såsom nämnts ovan. Den definierade tidsperioden utgör här en tid vilken motsvarar ett aktivt skede av regenereringen, vilken utgör det skede av regenereringen då god sotförbränning erhålls. Den definierade tidsperioden bör ha en längd så att den önskade regenereringen fullföljs. Det vill säga att tidsperioden skall vara så lång att den resulterande sotlasten efter regenereringen har en önskad nivå. Alltså utförs regleringen här så att temperaturen KW, i partikelfiltret hålls väsentligen konstant kring en måltemperatur lämplig för god sotförbränning under det aktiva skedet av regenereringen av partikelfiltret 202.

Eftersom det definierade förhållandet bestämmer ett samband mellan ingångstemperaturen TQJWF för partikelfiltret och för själva temperaturen RW, i partikelfiltret, det vill säga talar om hur partikelfiltertemperaturen RW, förändras om ingångstemperaturen TQJWF förändras, kan, genom utnyttjande av förhållandet, temperaturen 75, i partikelfiltret indirekt regleras via ingångstemperaturen 7; mm. 536 169 17 Genom att på detta sätt, det vill säga genom utnyttjande av förhållandet som tar hänsyn till HC~slippet, reglera temperaturen RW, i partikelfiltret indirekt genom reglering av ingångstemperaturen 7},w, minskas problemet med den termiska trögheten hos filtersystemet. Detta beror på att regleringen här utförs på ingångstemperaturen 7;_mW till partikelfiltret 202, det vill säga på temperaturen efter oxidationskatalysatorn 205. Oxidationskatalysatorn 205 utgör endast cirka 25% av massan för filtersystemet, varför de resterande cirka 75% av massan vilka härstammar från partikelfiltret 202, vid reglering enligt uppfinningen, inte bidrar till den termiska trögheten. Svarstiden minskas härmed med väsentligen 75%. Alltså, exkluderas tillskottet från partikelfiltret 202 till den termiska trögheten genom utnyttjande av förhållandet vid regleringen, vilket kraftigt reducerar regleringsproblematiken.

Härigenom utnyttjas förhållandet vid regleringen så att ingàngstemperaturen TQJWF regleras så att temperaturen Tßw i partikelfiltret kan hållas på väsentligen samma nivå under det aktiva skedet av regenereringen av partikelfiltret. Det vill säga, genom utnyttjande av förhållandet kan temperaturen 75% i partikelfiltret indirekt regleras via ingångstemperaturen 7¿,wF så att en väsentligen konstant temperatur Tßw i partikelfiltret erhålls under regenereringens aktiva del.

Ett exempel på reglering av temperaturen i partikelfiltret 202 enligt uppfinningen illustreras i figur 3b. Här motsvaras såsom i figur 3a den tjocka heldragna kurvan 301 av T; mr, vilken är en katalysatoringångstemperatur för oxidationskatalysatorn 205. Den punkt-streckade kurvan 302 motsvarar TL MW M,, vilket är ett börvärde för en 536 169 18 ingångstemperatur för partikelfiltret 202. Den tunna heldragna kurvan 303 motsvarar TQJWF, vilket är en ingångstemperatur, det vill säga en verklig ingångstemperatur, för partikelfiltret 202. Punktkurvan 304 motsvarar TNT, vilket är temperaturen för partikelfiltret 202.

Såsom framgår av figur 3b, kan temperaturen 75% för partikelfiltret 304 hållas väsentligen konstant kring 600°C under regenereringens aktiva del genom att istället reglera ingångstemperaturen TQJWF 303 upp och ner i värde. Regleringen av ingångstemperaturen TLJWF 303 baseras här på det definierade förhållandet och tar alltså hänsyn till temperaturens RWF i partikelfiltret 304 beroende av HC- slippet, vilket gör att den väsentligen konstanta temperaturen RW, i partikelfiltret 304 kan åstadkommas under regenereringens aktiva fas.

Praktiskt räknas kontinuerligt börvärdet 7L_mWJm 303 för ingångstemperaturen ut utifrån den förutbestämda måltemperaturen, det vill säga utifrån en önskad temperatur EMP 304 i partikelfiltret 202, samt utifrån rådande omständigheter över katalysatorn, vilka anges av förhållandet, det vill säga av modellen av katalysatorns bränsleförbränningsfunktion. En PID regulator aktiveras då máltemperaturen är nådd för partikelfiltret 202, och arbetar sedan för att hålla en ingångstemperatur TLJWF, vilken håller temperaturen Ybm i partikelfiltret kring màltemperaturen.

Genom att, medelst utnyttjande av det definierade förhållandet, ta hänsyn till katalysatorns effektivitet kan en jämn och stabil temperatur erhållas i partikelfiltret 202 genom hela det aktiva skedet av regenereringsprocessen. Detta är mycket gynnsamt, eftersom sotet är ansamlat i 536 169 19 partikelfiltret 202 och det är också där temperaturen ska hållas stabil för att få en effektiv regenerering och för att undvika okontrollerad temperaturökning.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning definieras förhållandet, det vill säga modellen av oxidationskatalysatorns bränsleförbränningsfunktion, så att mängden bränsle, vilken passerar oförbränd genom oxidationskatalysatorn 205 beror av ett massflöde genom partikelfiltret 202 och/eller en katalysatoringàngstemperatur T@¿m, för oxidationskatalysatorn 205. Härigenom erhålles en god approximation av HC-slippet, varigenom även en effektiv reglering av temperaturen Tbw för partikelfiltret kan erhållas.

Massflödet genom partikelfiltret 202 kan bestämmas på olika sätt. Massflödet kan till exempel bestämmas med en massflödesgivare 214 anordnad att så att den kan mäta avgasflödet, det vill säga anordnad så att den kommer i kontakt med flödet genom avgasreningssystemet. Såsom visas i figur 2, kan massflödesgivaren 214, vara placerad i inloppet till förbränningsmotorn, så att den kommer i kontakt med luft som sugs in i förbränningsmotorn, För fordon vilka ändå är utrustade med massflödesgivare 214, är denna utföringsform kostnadseffektiv då detta värde för massflödet då enkelt kan erhållas utan vidare förändringar i systemet.

Massflödet genom partikelfiltret 202 kan också bestämmas genom utnyttjande av en verkningsgradsmodell för motorn 101, där verkningsgradsmodellen kan baseras på åtminstone en av ett lufttryck och en lufttemperatur för luft vilken sugs in i nämnda motor motorn 101. Denna utföringsform är fördelaktig i fordon vilka inte är utrustade med massflödesgivare 214. 536 169 Genom dessa utföringsformer för bestämmande av massflödet kan exakta värden för massflödet erhållas.

Vidare beror, enligt ovan, förhållandet mellan ingångstemperaturen TL_mW och temperaturen Tàw för partikelfiltret, det vill säga modellen av oxidationskatalysatorns bränsleförbränningsfunktion, av den värme som genereras då HC-slippet förbränns i partikelfiltret 202.

Detta förhållande beror, enligt en utföringsform av uppfinningen, av en skillnad mellan temperaturen Th? för partikelfiltret 202 och katalysatoringångstemperaturen 7;_ux för oxidationskatalysatorn 205, vilket utnyttjas vid regleringen för att åstadkomma en förhållandevis jämn och stadig temperatur IQ? för partikelfiltret under den aktiva delen av regenereringen.

Förhållandet definieras, enligt en utföringsform, enligt: TW :JPF = Tum» _ fbhavg- Runar' Jx AT I (ekv ' 3) där faktumet att temperaturökningen för partikelfiltret beror av andelen bränsle som förbränns utnyttjas, och där TQJWF och ÄV, är ingångstemperaturen respektive temperaturen för partikelfiltret 202; m är massflödet genom partikelfiltret avg 202, vilket kan bestämmas medelst massflödesgivare 214 eller verkningsgradsmodell enligt ovan; TILDM är katalysatoringàngstemperaturen för oxidationskatalysatorn 205; och jßhmy1L_m%) utgör en funktion beroende av massflödet mms och katalysatoringångstemperaturen TLJWC, vilken uppskattar andelen bränsle som oförbränd passerar genom 536 'H39 21 oxidationskatalysatorn. AT utgör här skillnaden mellan temperaturen 75; i partikelfiltret och katalysatoringàngstemperaturen 7¿JmC för oxidationskatalysatorn, det vill säga: AT=TDPF -7;,,_D,,,_ (ekv. 4) Genom utnyttjande av förhållandet, det vill säga modellen för oxidationskatalysatorns bränsleförbränningsfunktion, enligt ekvation 3 kan regleringen av temperaturen 75% i partikelfiltret ske indirekt genom reglering av ingångstemperaturen TLJWF, varigenom snabbare svarstid och därigenom snabbare reglering åstadkommes genom minskad termisk tröghet. Det har visat sig att en markant ökning av noggrannheten i temperaturstabilitet för temperaturen ÄFF hOS partikelfiltret erhålles med föreliggande uppfinning. Alltså kan en lämplig temperatur Ibm i partikelfiltret nås och även stabilt bibehàllas tack vare den snabbare svarstiden.

Såsom beskrivits ovan hänför sig föreliggande uppfinning huvudsakligen till reglering av temperaturen Tfiw i partikelfiltret. Temperaturen RWF i partikelfiltret utgör i denna reglering ett väsentligen fiktivt målvärde, vilket är önskvärt att regleringen ser till hålla temperaturen i partikelfiltret kring. Vid själva regleringen är det alltså egentligen inte nödvändigt att bestämma den verkliga temperaturen Ib? i partikelfiltret, det viktiga är att hålla temperaturen RW, i partikelfiltret väsentligen konstant, varvid masströghetens inverkan minimeras. Dock är det fördelaktigt vid kalibrering av detta väsentligen fiktiva málvärde att kunna bestämma temperaturen Tbw i partikelfiltret. Enligt en ytterligare utföringsform av 538 159 22 föreliggande uppfinning, anger därför förhållandet, det vill säga modellen av oxidationskatalysatorns funktion avseende bränsleförbränningen, att temperaturen Th* i partikelfiltret utgör en medeltemperatur av ingångstemperaturen T;_mW för partikelfiltret 202 och en uppmätt temperatur Th, för F _ man partikelfiltret, där den uppmätta temperaturen IbN¿mM bestäms med temperaturgivaren 212 anordnad nedströms från partikelfiltret 202 och i kontakt med avgaserna. Att utnyttja en medeltemperatur är fördelaktigt då olika delar av partikelfiltret kan ha olika temperatur, då temperaturen i partikelfiltrets olika delar till exempel kan bero av kolväten som brinner uppströms i filtret vilket resulterar i värme längre nedströms i filtret.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen bestäms temperaturen ÄWF i partikelfiltret baserat på en uppmätt temperatur 7b”_mW för partikelfiltret, där den uppmätta temperaturen fl»¿flM bestäms med temperaturgivaren 212 anordnad nedströms från partikelfiltret 202 och i kontakt med avgaserna. Denna utföringsform har en fördel i att den kan implementeras med minimalt ökad beräkningskomplexitet.

Det ska noteras, vilket gäller generellt för föreliggande beskrivning och krav, att det faktum att en temperaturgivare är anordnad ”i kontakt med” avgaserna naturligtvis kan inbegripa alla tillämpliga former av direkt och/eller indirekt termisk kontakt/överföring/ledning mellan avgaserna och temperaturgivaren.

Figur 4 visar ett flödesschema för förfarandet enligt föreliggande uppfinning. I ett första steg 401 av förfarandet definieras ett förhållande mellan en ingångstemperatur för partikelfiltret 202 och en temperatur för partikelfiltret 202. 536 169 23 Enligt föreliggande uppfinning beror detta förhållande av en mängd bränsle som passerar genom oxidationskatalysatorn 205 oförbränd, det vill säga av HC-slippet. Förhållandet kan alltså ses som en modell av oxidationskatalysatorns funktion avseende bränsleförbränningen.

I ett andra steg 402 av förfarandet utnyttjas detta förhållande för reglering av ingångstemperaturen ILJWF för partikelfiltret, så att temperaturen Ib* i partikelfiltret hålls väsentligen kring en förutbestämd màltemperatur under en definierad tidsperiod. Regleringen baseras här på det definierade förhållandet. När uppfinningen tillämpas på regenerering hålls temperaturen RWF i partikelfiltret väsentligen konstant kring en måltemperatur vilken är gynnsam för effektiv regenerering under en tidsperiod som motsvarar det aktiva skedet av regenereringen.

Föreliggande uppfinning avser även ett system för reglering av en temperatur T@W i partikelfiltret 202. Systemet innefattar ett definitionsorgan, vilket är anordnat att definiera ett förhållande mellan ingângstemperaturen 7;_mW för partikelfiltret 202 och nämnda temperatur ÃWF i partikelfiltret. Detta förhållande beror, såsom beskrivits ovan) av HC-slippet, det vill säga av den mängd bränsle som passerar genom oxidationskatalysatorn 205 oförbränd. Systemet innefattar vidare ett regleringsorgan, vilket är anordnat att reglera ingångstemperaturen 1%_mw för partikelfiltret 202 baserat på detta förhållande mellan ingàngstemperaturen 7;_m% och temperaturen 7¿w i partikelfiltret, varvid temperaturen KVF i partikelfiltret kan hållas väsentligen kring en förutbestämd måltemperatur under en definierad tidsperiod. 536 169 24 Systemet är vidare anordnat att innefatta organ för utförande av de ovan beskrivna olika utföringsformerna av förfarandet enligt uppfinningen.

Vidare hänför sig uppfinningen till ett fordon enligt figur la, vilket innefattar ett partikelfilter 202 och ett system enligt uppfinningen, där systemet är anordnat att utföra regleringen av temperaturen i partikelfiltret genom förfarandet enligt de ovan beskrivna utföringsformerna av uppfinningen.

Såsom förstås av en fackman på området kan föreliggande uppfinning utnyttjas i väsentligen alla tillämpningar där bränsle adderas i avgaserna och där en önskad temperatur 75% i partikelfiltret skall nås och hållas i partikelfiltret 202.

Modellen för oxidationskatalysatorns bränsleförbränningsfunktion, det vill säga förhållandet mellan ingångstemperatur T mv och temperatur 15% för partikelfiltret m_ kan således användas i en rad olika tillämpningar, såsom till exempel vid snabb uppvärmning av komponenter placerade nedströms från partikelfiltret med hjälp av HC-insprutning, eller vid avsvavling av oxidationskatalysator och/eller partikelfilter som då lämpligen görs vid konstant temperatur mellan 400-500°C under en bestämd tid.

Föreliggande uppfinning har ovan exemplifierats i anknytning till fordon. Uppfinningen är dock även tillämplig vid godtyckliga farkoster där avgasreningssystem enligt ovan är tillämpliga, såsom t.ex. vatten- eller luftfarkoster.

Claims (17)

10 15 20 25 30 536 169 25 P A T E N T K R A V

1. Förfarande för reglering av en temperatur ÄWF i ett partikelfilter (202), där nämnda partikelfilter är anordnat nedströms en oxidationskatalysator (205) i ett avgasreningssystem (200) och där nämnda partikelfilter har en ingàngstemperatur IL¿WF, vilken bestäms i en punkt mellan nämnda oxidationskatalysator (205) och nämnda partikelfilter (202), kännetecknat av att - ett förhållande mellan nämnda ingàngstemperatur TL¿wF för nämnda partikelfilter (202) och nämnda temperatur Th? i nämnda partikelfilter (202) definieras, varvid nämnda förhållande beror av en mängd bränsle, vilken passerar genom nämnda oxidationskatalysator oförbränd, och innefattas i en modell för en bränsleförbränningsfunktion hos nämnda oxidationskatalysator (205), och - nämnda ingångstemperatur 7L¿W, för nämnda partikelfilter (202) regleras, baserat på nämnda förhållande, så att nämnda temperatur TQW i nämnda partikelfilter (202) hålls väsentligen kring en förutbestämd màltemperatur under en definierad tidsperiod.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid nämnda mängd bränsle, vilken passerar oförbränd genom nämnda oxidationskatalysator (205) beror av åtminstone en av: - ett massflöde genom nämnda partikelfilter (202): och - en katalysatoringångstemperatur 7bJw, för nämnda oxidationskatalysator (205).

3. Förfarande enligt patentkrav 2, varvid nämnda massflöde bestäms medelst en massflödesgivare (214) vilken är anordnad 10 15 20 25 535 169 26 att komma i kontakt med luft vilken sugs in i en motor ansluten till nämnda avgasreningssystem (200).

4. Förfarande enligt patentkrav 2, varvid nämnda massflöde bestäms medelst en verkningsgradsmodell för en motor ansluten till nämnda avgasreningssystem (200).

5. . Förfarande enligt patentkrav 4, varvid nämnda verkningsgradsmodell baseras på åtminstone en av ett lufttryck och en lufttemperatur för luft vilken sugs in i nämnda motor.

6. Förfarande enligt något av patentkrav 1-5, varvid åtminstone en av nämnda ingångstemperatur [mmm för nämnda partikelfilter (202) och en katalysatoringångstemperatur Y@_mW för nämnda oxidationskatalysator (205) bestäms medelst åtminstone en temperaturgivare (210, 211), vilken står i kontakt med avgaser i nämnda avgasreningssystem (200).

7. Förfarande enligt något av patentkrav 1-6, varvid nämnda förhållande beror av en värmemängd vilken alstras när nämnda mängd bränsle, vilken passerar genom nämnda oxidationskatalysator (205) oförbränd, förbränns i nämnda partikelfilter (202).

8. Förfarande enligt något av patentkrav 1-7, varvid nämnda förhållande beror av en skillnad mellan nämnda temperatur 75% i nämnda partikelfilter (202) och en ingångstemperatur T;_mK för nämnda oxidationskatalysator.

9. Förfarande enligt något av patentkrav 1-8, varvid nämnda förhållande definieras som: Zn_DPF = 7'l)Pl-' _f(mavg!7:n_f)()(' )x ' 10 15 20 536 169 27 TLJW, är nämnda ingàngstemperatur för nämnda partikelfilter (202); ÃWF är nämnda temperatur i nämnda partikelfilter (202); ~ mwg är ett massflöde genom nämnda partikelfilter (202); T in _ am är en ingàngstemperatur för nämnda oxidationskatalysator (205): - jßhMy7;_un) är en funktion beroende av massflödet mwg och katalysatoringàngstemperaturen 7%JwC, vilken uppskattar andelen bränsle som passerar oförbränd genom oxidationskatalysatorn; och - AT är skillnaden mellan nämnda temperatur RW, i nämnda partikelfilter (202) och en ingángstemperatur för nämnda oxidationskatalysator Ihíux.

10. Förfarande enligt något av patentkrav l-7, varvid en uppmätt temperatur YbH.mm i nämnda partikelfilter (202) bestäms medelst en temperaturgivare (212) i en punkt nedströms från nämnda partikelfilter (202).

11. ll. Förfarande enligt patentkrav 10, varvid nämnda förhållande anger att nämnda temperatur ÄWF i nämnda partikelfilter (202) utgör en medeltemperatur av nämnda ingångstemperatur TLJWF för nämnda partikelfilter (202) och nämnda uppmätta temperatur 7bN¿WW för nämnda partikelfilter (202). 10 15 20 25 536 159 28

12. l2. Förfarande enligt något av patentkrav l-ll, varvid nämnda reglering utnyttjas vid regenerering av nämnda partikelfilter (202).

13. Förfarande enligt patentkrav 12, varvid nämnda förutbestämda måltemperatur ligger inom intervallet 400°C till 650°C.

14. Förfarande enligt något av patentkrav 12-13, varvid nämnda definierade tidsperiod utgör ett aktivt skede av nämnda regenerering, där nämnda tidsperiod har en längd vilken säkerställer att nämnda regenerering fullbordas.

15. Datorprogram innefattande programkod, vilket när nämnda programkod exekveras i en dator åstadkommer att nämnda dator utför förfarandet enligt något av patentkrav l-14.

16. Datorprogramprodukt innefattande ett datorläsbart medium och ett datorprogram enligt patentkrav 15, varvid nämnda datorprogram är innefattat i nämnda datorläsbara medium tillhörande något ur gruppen innefattande: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), Flash-minne, EEPROM (Electrically EPROM) och hårddiskenhet.

17. System för reglering av en temperatur Tßw i ett partlkelfilter (202), där nämnda partikelfilter är anordnat nedströms en oxidationskatalysator (205) i ett avgasreningssystem (200) och där nämnda partikelfilter har en ingångstemperatur Zmmw, varvid systemet innefattar temperaturorgan anordnat att bestämma nämnda ingàngstemperatur 7L_mw i en punkt mellan nämnda oxidationskatalysator (205) och nämnda partikelfilter (202), kännetecknat av - definitionsorgan, anordnat att definiera ett förhållande 10 536 159 29 mellan nämnda ingàngstemperatur 7LJwF för nämnda partikelfilter (202) och nämnda temperatur Th, i nämnda partikelfilter (202), varvid nämnda förhållande beror av en mängd bränsle, vilken passerar genom nämnda oxidationskatalysator oförbränd, och innefattas i en modell för en bränsleförbränningsfunktion hos nämnda oxidationskatalysator (205), och - regleringsorgan, anordnat att reglera nämnda ingångstemperatur T;Jw, för nämnda partikelfilter (202) baserat på nämnda förhållande, så att nämnda temperatur Tfiw i nämnda partikelfilter (202) hålls väsentligen kring en förutbestämd màltemperatur under en definierad tidsperiod.