DE102009001538B4

DE102009001538B4 - Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters sowie Partikelfilter

Info

Publication number: DE102009001538B4
Application number: DE102009001538A
Authority: DE
Inventors: Yasser Mohammed Sayed Yacoub
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2029-03-14
Also published as: US20100229718A1; CN101829458A; CN101829458B; DE102009001538A1; US8685140B2

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters, wobei der Partikelfilter (100) wenigstens einen ein offenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt (20) sowie ein benachbart zu diesem Filterabschnitt (20) angeordnetes, aufheizbares Partikelsammelelement (30) aufweist, welches ein Material mit temperaturabhängigem elektrischem Widerstand aufweist, wobei das Partikelsammelelement (30) stromabwärts des offenen Filtersystems angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: Aufheizen des Partikelsammelelementes (30); Messen des elektrischen Widerstandes des Partikelsammelelementes (30); und Veranlassen einer Regeneration des Partikelfilters (100) in Abhängigkeit von dem gemessenen elektrischen Widerstand des Partikelsammelelementes (30).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters sowie einen Partikelfilter.
Die Erfindung ist in Kraftfahrzeugen mit Direkteinspritzung anwendbar, welche zur Speicherung von Rußemissionen eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung in Form eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselpartikelfilters (DPF), aufweisen.
Zur Abschätzung der Beladung bzw. gespeicherten Partikelmenge in einem Partikelfilter wird in Situationen, in denen keine direkte Messung der gespeicherten Beladung erfolgen kann, üblicherweise ein Emissionsmodell für das zugeführte Gas zugrunde gelegt.
Zwar wird üblicherweise bei einem Dieselpartikelfilter grundsätzlich ein Differenzdrucksensor (DP-Sensor, DP = ”Differential Pressure”) verwendet, um die Rußbeladung abzuschätzen. Abhängig vom Beladungszustand kann jedoch der Fall eintreten, dass keine Korrelation zwischen dem Differenzdruck und der Rußbeladung mehr existiert, da diese Korrelation typischerweise mit zunehmender Beladung abnimmt. Demzufolge wird parallel zur Abschätzung der Rußbeladung ein Modell für das die Rußpartikel enthaltende zugeführte Gas angewendet, um über einen zusätzlichen Weg bzw. als sekundäre Abschätzung die Rußbeladung zu ermitteln, wobei primär die Abschätzung der Rußbeladung weiterhin über den Differenzdrucksensor erfolgt. Die abgeschätzte Rußrate wird dann hinsichtlich der passiven/aktiven Ruß-Regeneration korrigiert und zur Abschätzung der Rußbeladung integriert.
Die Möglichkeiten zur Messung der Rußrate im Abgas bzw. am Ausgang des Motors mittels fahrzeugseitiger (”on board”) Sensoren sind jedoch eingeschränkt und haben noch kein ausgereiftes Entwicklungsstadium erreicht. Zudem führt eine solche Messung der Rußrate zu einer Erhöhung der Kosten infolge des zusätzlich erforderlichen Sensors.
Aus der DE 10 2005 000 978 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Schadstoffausstoßes eines selbstzündenden Verbrennungsmotors bekannt, wobei zur Minimierung des Schadstoffausstoßes im Abgasstrang ein offener Rußfilter vorgesehen ist, und wobei hinter diesem Rußfilter ein Rußsensor angeordnet ist.
Aus der DE 199 59 870 A1 sind u. a. eine Messanordnung und ein Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Rußfilters bekannt, wobei dem Rußfilter mindestens ein Rußsensor, der mindestens einen in Strömungsrichtung offen – porösen Formkörper, wenigstens ein elektrisches Heizelement und wenigstens einen Temperaturfühler aufweist, zugeordnet ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters sowie einen Partikelfilter bereitzustellen, welche bei vergleichsweise geringem Aufwand die rechtzeitige Auslösung einer Regeneration des Partikelfilters bzw. die robuste Erfassung der im Partikelfilter gespeicherten Partikelmenge ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters, welcher wenigstens einen ein offenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt sowie ein benachbart zu diesem Filterabschnitt angeordnetes, aufheizbares Partikelsammelelement aufweist, welches ein Material mit temperaturabhängigem elektrischem Widerstand aufweist, wobei das Partikelsammelelement stromabwärts des offenen Filtersystems angeordnet ist, weist folgende Schritte auf:
Aufheizen des Partikelsammelelementes;
Messen des elektrischen Widerstandes des Partikelsammelelementes; und
Veranlassen einer Regeneration des Partikelfilters in Abhängigkeit von dem gemessenen elektrischen Widerstand des Partikelsammelelementes.
Infolge der Aufheizung des Partikelsammelelementes werden Rußpartikel, welche sich nach Beladung des das offene Filtersystem bildenden Filterabschnittes auf dem Partikelsammelelement ansammeln, regeneriert bzw. verbrannt. Wenn nun hierbei die auf dem Partikelsammelelement angesammelte Rußmenge einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, kann dies über eine Abnahme des elektrischen Widerstandes des Partikelsammelelementes festgestellt werden, wodurch bei geringem Aufwand die rechtzeitige Auslösung einer Regeneration des Partikelfilters bzw. die robuste Erfassung der im Partikelfilter gespeicherten Partikelmenge ermöglicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Partikelfilter zusätzlich zu dem ein offenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt einen weiteren, ein geschlossenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt auf.
Vorzugsweise ist der das offene Filtersystem bildende zweite Filterabschnitt in einem Randbereich des Partikelfilters angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Partikelsammelelement für eine effiziente Ansammlung der Partikel eine gitterartige Geometrie auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Partikelfilter zum Filtern von Partikeln aus dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, wobei der Partikelfilter wenigstens einen ein offenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt und zusätzlich zu diesem Filterabschnitt einen weiteren, ein geschlossenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt aufweist, wobei der Partikelfilter ein benachbart zu dem ein offenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt angeordnetes, aufheizbares Partikelsammelelement aufweist, welches ein Material mit temperaturabhängigem elektrischem Widerstand aufweist, wobei das Partikelsammelelement stromabwärts des offenen Filtersystems derart angeordnet ist, dass das Partikelsammelelement zuletzt mit Partikeln beladen wird.
Weitere Ausgestaltungen sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Abbildung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines Partikelfilters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßer Partikelfilter 100 einen ein geschlossenes Filtersystem bildenden ersten Filterabschnitt 10 und einen ein offenes Filtersystem bildenden zweiten Filterabschnitt 20 auf, wobei der zweite Filterabschnitt 20 im Randbereich bzw. in der Peripherie des Partikelfilters 100 angeordnet ist.
Der das offene Filtersystem bildende zweite Filterabschnitt 20 ist in der Lage, so lange Rußpartikel zu speichern, bis ein Schwellenwert für die Beladung erreicht ist. Bei Erreichen des Schwellenwertes setzt ein Durchbruch der Rußpartikel ein. Wie in einem herkömmlichen System ist eine rechtzeitige Regeneration erforderlich, um eine Beschädigung des Partikelfilters 100 infolge zu großer Regenerationstemperaturen zu vermeiden.
Benachbart zu dem das offene Filtersystem bildenden zweiten Filterabschnitt 20 befindet sich ein gitterförmig ausgebildetes Partikelsammelelement 30, auf welchem sich die im Abgasstrom enthaltenen Rußpartikel ansammeln. Dieses Partikelsammelelement 30 ist elektrisch aufheizbar, um eine Regeneration der die Rußpartikel ansammelnden Oberfläche einzuleiten, wenn der das offene Filtersystem bildende zweite Filterabschnitt 20 vollständig beladen ist. Das Partikelsammelelement 30 weist ein Material auf, dessen elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist.
Bei jedem Motorstart bzw. bevor der Motor zu laufen beginnt, wird das Partikelsammelelement 30 aufgeheizt, und der elektrische Widerstand des Partikelsammelelement 30 wird mittels eines Sensorelementes 40 gemessen. Infolge der Aufheizung des Partikelsammelelementes 30 werden Rußpartikel, welche sich nach Beladung des das offene Filtersystem bildenden zweiten Filterabschnittes 20 auf dem Partikelsammelelement 30 ansammeln, regeneriert bzw. verbrannt. Wenn nun hierbei die auf dem Partikelsammelelement 30 angesammelte Rußmenge einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, kann eine Abnahme des elektrischen Widerstandes des Partikelsammelelementes 30 festgestellt werden.
Ein solcher Nachweis einer Abnahme des elektrischen Widerstandes des Partikelsammelelementes 30 dient erfindungsgemäß als Maß bzw. Indiz dafür, dass der das offene Filtersystem bildende zweite Filterabschnitt 20 mit Rußpartikeln beladen ist. Ist dies der Fall, wird eine Regeneration des gesamten Partikelfilters 100 (d. h. sowohl des ersten Filterabschnitts 10 als auch des zweiten Filterabschnitts 20) ausgelöst bzw. getriggert.
Aufgrund der Anordnung des das offene Filtersystem bildenden zweiten Filterabschnittes 20 im Randbereich des Partikelfilters 100 ist gewährleistet, dass das Partikelsammelelement 30 zuletzt mit Rußpartikeln beladen wird, da der bevorzugte Strömungspfad (d. h. der Pfad des geringsten Strömungswiderstandes) zunächst durch den zentralen Bereich des Partikelfilters 100 verläuft, bevor die Strömung zum Randbereich bzw. der Peripherie des Partikelfilters 100 geleitet wird. Der Partikelfilter 100 wird hierbei vorzugsweise so ausgelegt, dass der Strömungswiderstand in dem das offene Filtersystem bildenden zweiten Filterabschnitt 20 (im gereinigten Zustand) größer als derjenige des das geschlossene Filtersystem bildenden ersten Filterabschnittes 10 ist.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters, wobei der Partikelfilter (100) wenigstens einen ein offenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt (20) sowie ein benachbart zu diesem Filterabschnitt (20) angeordnetes, aufheizbares Partikelsammelelement (30) aufweist, welches ein Material mit temperaturabhängigem elektrischem Widerstand aufweist, wobei das Partikelsammelelement (30) stromabwärts des offenen Filtersystems angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: Aufheizen des Partikelsammelelementes (30); Messen des elektrischen Widerstandes des Partikelsammelelementes (30); und Veranlassen einer Regeneration des Partikelfilters (100) in Abhängigkeit von dem gemessenen elektrischen Widerstand des Partikelsammelelementes (30).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des Partikelfilters (100) veranlaßt wird, wenn eine Abnahme des elektrischen Widerstandes des Partikelsammelelementes (30) festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (100) zusätzlich zu dem ein offenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt (20) einen weiteren, ein geschlossenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt (10) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der das offene Filtersystem bildende zweite Filterabschnitt (20) in einem Randbereich des Partikelfilters (100) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikelsammelelement (30) eine gitterartige Geometrie aufweist.
Partikelfilter zum Filtern von Partikeln aus dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens einen ein offenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt (20) und zusätzlich zu diesem Filterabschnitt (20) einen weiteren, ein geschlossenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt (10) aufweist, wobei der Partikelfilter ein benachbart zu dem ein offenes Filtersystem bildenden Filterabschnitt (20) angeordnetes, aufheizbares Partikelsammelelement (30) aufweist, welches ein Material mit temperaturabhängigem elektrischem Widerstand aufweist, wobei das Partikelsammelelement (30) stromabwärts des offenen Filtersystems derart angeordnet ist, dass das Partikelsammelelement (30) zuletzt mit Partikeln beladen wird.
Partikelfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der das offene Filtersystem bildende zweite Filterabschnitt (20) in einem Randbereich des Partikelfilters (100) angeordnet ist.
Partikelfilter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikelsammelelement (30) eine gitterartige Geometrie aufweist.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (100) so ausgelegt ist, dass der Strömungswiderstand in dem das offene Filtersystem bildenden Filterabschnitt (20) größer als der Strömungswiderstand in dem das geschlossene Filtersystem bildenden Filterabschnitt (10) ist.