DE10056017A1 - Verfahren und Vorrichtung eines Abgasnachbehandlungssystems - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems beschrieben. Ein Sonderbetrieb wird eingeleitet, wenn eine Zustandsgröße einen Grenzwert überschreitet. Der Grenzwert ist abhängig von einer, die Lebensdauer des Abgasnachbehandlungssystems charakterisierenden Größe vorgebbar.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, ist bspw. aus der DE 199 06 287 bekannt. Dort wird ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Partikelfilter beschrieben. Überschreitet eine Zustandsgröße einen Grenzwert so wird ein Sonderbetrieb eingeleitet. Als Zustandsgröße wird der Beladungszustand des Partikelfilters bewertet und bei Überschreiten bestimmter Grenzwerte für den Beladungszustand wird eine Regeneration des Filters eingeleitet. Dabei wird abhängig vom Beladungszustand zwischen verschiedenen Zuständen unterschieden. Die Steuerung des Abgasnachbehandlungssystem kann dabei dadurch erfolgen, dass auf Stellelemente eingewirkt wird, die üblicherweise zur Steuerung der Brennkraftmaschine dienen.

Bei solchen Abgasnachbehandlungssystemen können Alterungseffekte auftreten, die dazu führen, dass der Sonderbetrieb früher und/oder später durchzuführen sind. So kann bspw. bei Partikelfiltern vorgesehen sein, dass ein Additiv zugesetzt wird. Von diesem Additiv bleiben im Partikelfilter Rückstände, die zu einer scheinbaren Beladung des Filters führen.

Vorteile der Erfindung

Dadurch das die Grenzwerte abhängig von einer Größe vorgebbar ist, die die Lebensdauer des Abgasnachbehandlungssystem charakterisiert, ist die Kompensation des Einflusses von Alterungseffekten bei solchen Abgasbehandlungssystemen möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Grenzwerte abhängig von einer zugeführten Additivmasse vorgebbar sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Größe, welche die Lebensdauer charakterisiert, ausgehend von einer Größe, die die eingespritzte Kraftstoffmenge charakterisiert, vorgebbar ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Additiv dem Kraftstoff zugesetzt wird. Eine Größe die der eingespritzten Kraftstoffmenge entspricht liegt in der Regel in der Steuereinheit zur Steuerung der Brennkraftmaschine vor und/oder kann sehr leicht bestimmt werden.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 sind die wesentlichen Elemente eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist mit 100 bezeichnet. Ihr wird über eine Frischluftleitung 105 Frischluft zugeführt. Die Abgase der Brennkraftmaschine 100 gelangen über eine Abgasleitung 110 in die Umgebung. In der Abgasleitung ist ein Abgasnachbehandlungssystem 115 angeordnet. Hierbei kann es sich um einen Katalysator und/oder um einen Partikelfilter handeln. Desweiteren ist es möglich, dass mehrere Katalysatoren für unterschiedliche Schadstoffe oder Kombinationen von wenigstens einem Katalysator und einem Partikelfilter vorgesehen sind.

Desweiteren ist eine Steuereinheit 170 vorgesehen, die wenigstens eine Motorsteuereinheit 175 und eine Abgasnachbehandlungssteuereinheit 172 umfaßt. Die Motorsteuereinheit 175 beaufschlagt ein Kraftstoffzumesssystem 180 mit Ansteuersignalen. Die Abgasnachbehandlungssteuereinheit 172 beaufschlagt die Motorsteuereinheit 175 und bei einer Ausgestaltung ein Stellelement 182, das in der Abgasleitung vor dem Abgasnachbehandlungssystem oder im Abgasnachbehandlungssystem angeordnet ist, mit Ansteuersignalen.

Desweiteren sind verschiedene Sensoren vorgesehen, die die Abgasnachbehandlungssteuereinheit und die Motorsteuereinheit mit Signalen versorgen. So ist wenigsten ein erster Sensor 194 vorgesehen, der Signale liefert, die den Zustand der Luft charakterisiert, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Ein zweiter Sensor 177 liefert Signale, die den Zustand des Kraftstoffzumesssystems 180 charakterisieren. Wenigsten ein dritter Sensor 191 liefert Signale, die den Zustand des Abgases vor dem Abgasnachbehandlungssystem charakterisieren. Wenigsten ein vierter Sensor 193 liefert Signale, die den Zustand des Abgasnachbehandlungssystems 115 charakterisieren. Desweiteren liefert wenigstens ein Sensor 192 Signale, die den Zustand der Abgase nach dem Abgasnachbehandlungssystem charakterisieren. Vorzugsweise werden Sensoren, die Temperaturwerte und/oder Druckwerte erfassen verwendet. Desweiteren können auch Sensoren eingesetzt werden, die die chemische Zusammensetzungen des Abgases und/oder der Frischluft charakterisieren. Hierbei handelt es sich bspw. um Lambdasensoren, NOX-Sensoren oder HC-Sensoren.

Mit den Ausgangssignalen des ersten Sensors 194, des dritten Sensors 191, des vierten Sensors 193 und des fünften Sensors 192 wird vorzugsweise die Abgasnachbehandlungssteuereinheit 172 beaufschlagt. Mit den Ausgangssignalen des zweiten Sensors 177 wird vorzugsweise die Motorsteuereinheit 175 beaufschlagt. Es können auch weitere nicht dargestellte Sensoren vorgesehen sein, die ein Signal bezüglich des Fahrerwunsches oder weitere Umgebungs- oder Motorbetriebszustände charakterisieren.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Motorsteuereinheit und die Abgasnachbehandlungssteuereinheit eine bauliche Einheit bilden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass diese als zwei Steuereinheiten ausgebildet sind, die räumlich voneinander getrennt sind.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel eines Partikelfilters, der insbesondere bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen verwendet wird, beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt, sie kann auch bei anderen Brennkraftmaschinen mit einem Abgasnachbehandlungssystem eingesetzt werden. Insbesondere kann sie eingesetzt werden, bei Abgasnachbehandlungssystemen, bei denen ein Katalysator und ein Partikelfilter kombiniert sind. Desweiteren ist sie einsetzbar, bei Systemen die lediglich mit einem Katalysator ausgestattet sind.

Ausgehend von den vorliegenden Sensorsignalen berechnet die Motorsteuerung 175 Ansteuersignale zur Beaufschlagung des Kraftstoffzumesssystems 180. Dieses mißt dann die entsprechende Kraftstoffmenge der Brennkraftmaschine 100 zu. Bei der Verbrennung können im Abgas Partikel entstehen. Diese werden von dem Partikelfilter im Abgasnachbehandlungssystem 115 aufgenommen. Im Laufe des Betriebs sammeln sich in dem Partikelfilter 115 entsprechende Mengen von Partikeln an. Dies führt zu einer Beeinträchtigung der Funktionsweise des Partikelfilters und/oder der Brennkraftmaschine. Deshalb ist vorgesehen, dass in bestimmten Abständen bzw. wenn der Partikelfilter einen bestimmten Beladungszustand erreicht hat, ein Regenerationsvorgang eingeleitet wird. Diese Regeneration kann auch als Sonderbetrieb bezeichnet werden.

Der Beladungszustand wird bspw. anhand verschiedener Sensorsignale erkannt. So kann zum einen der Differenzdruck zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Partikelfilters 115 ausgewertet werden. Zum anderen ist es möglich den Beladungszustand ausgehend von verschiedenen Temperatur- und/oder verschiedenen Druckwerten zu ermitteln. Desweiteren können noch weiter Größen zur Berechnung oder Simulation des Beladungszustands herangezogen werden. Eine entsprechende Vorgehensweise ist bspw. aus der DE 199 06 287 bekannt.

Erkennt die Abgasnachbehandlungssteuereinheit, dass der Partikelfilter einen bestimmten Beladungszustand erreicht hat, so wird die Regeneration initialisiert. Zur Regeneration des Partikelfilters stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. So kann zum einen vorgesehen sein, dass bestimmte Stoffe über das Stellelement 182 dem Abgas zugeführt werden, die dann eine entsprechende Reaktion im Abgasnachbehandlungssystem 115 hervorrufen. Diese zusätzlich zugemessenen Stoffe bewirken unter anderem eine Temperaturerhöhung und/oder eine Oxidation der Partikel im Partikelfilter. So kann bspw. vorgesehen sein, dass mittels des Stellelements 182 Kraftstoffstoff und/oder Oxidationsmittel zugeführt werden.

Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein entsprechendes Signal an die Motorsteuereinheit 175 übermittelt wird und diese eine so genannte Nacheinspritzung durchführt. Mittels der Nacheinspritzung ist es möglich, gezielt Kohlenwasserstoffe in das Abgas einzubringen, die über eine Temperaturerhöhung zur Regeneration des Abgasnachbehandlungssystems 115 beitragen.

Üblicherweise ist vorgesehen, dass der Beladungszustand ausgehend von verschiedenen Größen bestimmt wird. Durch Vergleich mit einem und/oder mehreren Schwellwerten werden die unterschiedlichen Zustände erkannt, und abhängig vom erkannten Beladungszustand die Regeneration eingeleitet.

Häufig werden zur Erhöhung der Wirksamkeit oder zur Verbesserung der Regeneration dem Kraftstoff und/oder über das Stellelement 182 Additive, die vorzugsweise als Katalysatoren wirken, dem Abgas zugeführt. Diese Additive führen zu Rückständen, die sich ebenfalls im Abgasnachbehandlungssystem 115 ablagern und dessen Funktionsfähigkeit und/oder die Erfassung des Beladungszustands beeinflussen.

Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, dass die Schwellenwerte bei denen, auf einen anderen Beladungszustand erkannt wird, abhängig von den Rückständen des Additivs im Abgasnachbehandlungssystems 115 verändert werden.

Abhängig davon, wie das Additiv in das Abgasnachbehandlungssystem gelangt, kann die Erfassung der Additivrückstände im Abgasnachbehandlungssystems 115 auf unterschiedliche Weise erfolgen. Gelangt das Additiv über das Stellenelement 182 in die Abgasleitung, so erfolgt die Erfassung des Additivgehaltes ausgehend von dem Ansteuersignal, mit dem das Stellelement 182 beaufschlagt wird. Wird das Additiv dem Kraftstoff zugefügt, so wird bevorzugt eine Größe zur Bestimmung der Additivmenge verwendet, die die einzuspritzenden Kraftstoffmenge charakterisiert hierbei handelt es sich bspw. um Ansteuerdauer des Kraftstoffzumesssystems.

Bei einer besonders einfachen Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass die Additivmenge lediglich aus der Lebensdauer und/oder der Fahrleistung der Brennkraftmaschine und/oder des Abgasnachbehandlungssystems ermittelt wird. Hierzu kann beispielsweise ein Betriebsstundenzähler, der die Betriebsstunden der Brennkraftmaschine und/oder des Abgasnachbehandlungssystems erfaßt und/oder ein Kilometerzähler verwendet werden.

Eine entsprechende Vorgehensweise ist in Fig. 2 als Blockdiagramm dargestellt.

In einem ersten Schritt 200 wird eine Zustandsgröße P bestimmt, die den Beladungszustand des Partikelfilters charakterisiert. Die Zustandsgröße P wird dabei abhängig von Meßgrößen und/oder Steuergrößen bestimmt. Bevorzugt werden Druck und/oder Temperaturgrößen verwendet. Anschließend in Schritt 210 wird wenigstens ein Grenzwert SW bestimmt, abhängig von dem entschieden wird, in welchem Zustand sich der Partikelfilter befindet. Diese Bestimmung des Grenzwertes erfolgt abhängig von einer Größe T, die die Lebensdauer des Partikelfilters charakterisiert.

Diese Größe, die die Lebensdauer charakterisiert, wird vorzugsweise ausgehend von einer zugeführten Additivmasse vorgegeben. Bei Systemen, bei denen das Additiv dem Kraftstoff zugesetzt wird, wird die zugeführte Additivmasse und/oder die Lebensdauer vorzugsweise ausgehend von einer Größe bestimmt, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisiert. Hierbei handelt es sich bspw. um die Einspritzdauer und/oder die Ansteuerdauer eines in die Kraftstoffmenge beeinflussendes Stellelement.

Bei Systemen, bei denen das Additiv mittels eines Stellelements, beispielsweise dem Stellelement 182, wird die Lebensdauer vorzugsweise ausgehend von einer Größe bestimmt, die von dem Ansteuersignal dieses Stellelements abhängt. Vorzugsweise wird die Ansteuerdauer dieses Stellelements verwendet.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Lebensdauer ausgehend von dem Stand eines Zählers ermittelt wird. Der Zähler erfasst dabei vorzugsweise die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine und/oder des Abgasnachbehandlungssystems.

Die Zustandsgröße P, die den Beladungszustand charakterisiert, wird vorzugsweise abhängig von Meßwerten, die den Druck, und/oder die Temperatur vor, nach und/oder im Partikelfilter charakterisierend, bestimmt.

Die anschließende Abfrage 220 überprüft, ob der die Zustandsgröße P, die den Beladungszustand charakterisiert, größer als der Grenzwert SW ist. Ist diese Zustandsgröße P größer als der Grenzwert SW, so wird in Schritt 230 in ein Zustand Z1 übergegangen. Ist der Beladungszustand nicht größer als der Schwellenwert so wird in Schritt 240 in den Zustand Z2 übergegangen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, wobei ein Sonderbetrieb eingeleitet wird, wenn eine Zustandsgröße einen Grenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert abhängig von eines Größe vorgebbar ist, die die Lebensdauer des Abgasnachbehandlungssystems charakterisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße abhängig von Meßgrößen und/oder Steuergrößen bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Meßgrößen Größen verwendet werden, die den Druck und/oder die Temperatur vor, im und/oder nach dem Abgasnachbehandlungssystem charakterisieren.

4. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasnachbehandlungssystem zu mindestens einem Partikelfilter beinhaltet.

5. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße den Beladungszustand des Partikelfilters charakterisieren.

6. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert ausgehend von der zugeführten Additivmasse vorgegeben wird.

7. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert ausgehend von einer Größe bestimmt, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisiert.

8. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, bei der ein Sonderbetrieb eingeleitet wird, wenn eine Zustandsgröße einen Grenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die den Grenzwert abhängig von einer Größe vorgeben, die die Lebensdauer des Abgasnachbehandlungssystems charakterisiert.