AT502086B1 - Verfahren zur steuerung der regeneration einer abgasnachbehandlungseinrichtung - Google Patents

Description

2 AT 502 086 B1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines Partikelfilters mittels eines vorzugsweise kennfeldbasierten Rechenmodells, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung in zumindest zwei, vorzugsweise zumindest fünf Zellen, eingeteilt wird, der Beladungszustandes in jeder der Zellen mittels 5 eines Ablagerungsmodells ermittelt wird und ein Regenerationsvorgange für die Abgasnachbehandlungseinrichtung in Abhängigkeit des Beladungszustandes eingeleitet wird.

Ein im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine angeordneter Partikelfilter, insbesondere vom sogenannten "Wall-Flow"-Typ, muss bei hoher Beladung mit brennbaren Partikeln regeneriert io werden. Um eine effektive Partikelfilterregeneration durchführen zu können, ist eine möglichst genaue Kenntnis des Beladungszustandes des Partikelfilters erforderlich. Ein Verfahren, wie ausgehend vom Beladungszustand des Partikelfilters und weiterer Größen, wie z.B. der Fahrzeit und/oder der Fahrstrecke, eine Regeneration ausgelöst werden kann, ist zum Beispiel in der DE 199 45 372 A1 beschrieben. 15

Es ist bekannt, den Beladungszustand des Partikelfilters aus einer Messung der Druckdifferenz zu bestimmen. Da solche Messungen aber mit hohen Ungenauigkeiten verbunden sind, ist weiterhin bekannt, neben der Druckdifferenz auch noch eine Schätzung über die im Partikelfilter akkumulierte Masse an Partikeln heranzuziehen. Hierzu ist es bekannt, Partikelemissionen aus 20 Kennfeldern abzuschätzen, in welche Betriebsdaten der Brennkraftmaschine, wie Drehzahl, Drehmoment, etc., eingehen.

Einige bekannte Verfahren berücksichtigen lediglich die im Partikelfilter akkumulierte Masse an Partikeln, ohne Rücksicht auf die Verteilung dieser Masse innerhalb des Partikelfilters. Ein 25 Verfahren, das die Masse an Partikeln ohne deren Verteilung berücksichtigt, kann als sogenanntes "Null-Dimensionales" Modell des Partikelfilters angesehen werden.

Aus der DE 102 52 732 A1 ist ein verbessertes Verfahren bekannt, wie Mithilfe eines eindimensionalen Modells der räumlichen Verteilung der Partikel im Filter die Genauigkeit der Bela-30 dungsbestimmung verbessert werden kann. Das in dieser Schrift offenbarte Verfahren nutzt die Verteilung der Partikel aber lediglich dazu, über eine verbesserte Bestimmung des Strömungswiderstandes des beladenen Partikelfilters einen Korrekturfaktor zu berechnen, der die Gesamtmasse an Partikeln genauer zu bestimmen hilft. Der Korrekturfaktor wird dazu verwendet, eine mittels Druck- und Temperatursensoren bestimmte charakteristische Größe des Partikelfil-35 ters zu korrigieren, um dadurch letztlich die Genauigkeit des Beladungszustandes zu erhöhen. Der zur Einleitung der Regeneration maßgebende Beladungszustand wird somit auf konventionelle Weise durch Drucksensoren bestimmt.

Aus dem Artikel Elektronik ermöglicht Innovationen in der Motorenentwicklung", Dr. Holger 40 Hülser et al., MTZ 1/2003 Jahrgang 64, Seite 30 bis 37, ist ein Rechenmodell bekannt, welches die Abgasnachbehandlungseinrichtung in mehrere Zellen einteilt und den Beladungszustandes in jeder der Zellen mittels eines Ablagerungsmodells ermittelt. Durch die Kenntnis des Beladungszustandes muss eine aktive Regeneration des Partikelfilters erst dann ausgelöst werden, wenn kritische Grenzwerte überschritten werden. Gegenüber einem Partikelfiltersystem, das nur 45 auf einer Druckmessung beruht, sind so weniger Regenerationen erforderlich.

Die US 6,090,172 A beschreibt eine elektrische Heizung zur Regeneration eines beladenen Partikelfilters. Der Partikelfilter ist in mehrere in Strömungsrichtung gelegene Zonen eingeteilt, die separat beheizt werden können. Die Beladung des Partikelfilters wird mittels Detektoren, so insbesondere einem Drucksensor stromaufwärts des Partikelfilters, ermittelt. Daneben können auch Temperaturdetektoren und Durchflussmesser eingesetzt werden. In der Veröffentlichung US 6,090,172 A wird aber keine Methode geoffenbart oder nahegelegt, wie unterschiedliche Beladungen in den Zonen bestimmt werden können. 55 Die US 6,176,896 B1 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der 3 AT 502 086 B1 lokalen Durchlässigkeit und lokalen Regeneration eines Partikelfilters, welcher aus mehreren nebeneinander parallel zur Strömungsrichtung gereihten Zonen besteht, welcher vom Abgas durchströmt werden. Dabei werden die Temperaturen stromaufwärts des Partikelfilters und in zumindest einer der Zonen gemessen, wobei die thermische Trägheit zumindest einer Zone 5 bestimmt wird. Der Strömungswiderstand des Partikelfilters und damit der Beladungszustand des Partikelfilters wird aus der thermischen Trägheit zwischen zumindest einer der Zonen und dem stromaufwärtigen Abschnitt des Abgasstranges ermittelt. Für jede Zelle, deren Beladung bestimmt werden soll, ist ein eigener Temperatursensor erforderlich. Die Ermittlung des Beladungszustandes erfolgt nicht durch ein Rechenmodell, sondern durch Messung und Vergleich io der Temperaturen.

Die EP 1 411 229 A1 zeigt eine Einrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses des in einen Abgaskatalysator strömenden Abgasstromes bei einer Brennkraftmaschine. Die Einrichtung führt eine Bestimmung des Luft-Kraftstoffverhältnisses unter Verwendung eines Reis chenmodells durch und steuert das Luft-Kraftstoffverhältnis derart, dass der ermittelte Wert einen Zielwert erreicht. Dabei wird zur Abschätzung des Luft-Kraftstoffverhältnisses der Katalysator in Strömungsrichtung in mehrere Zonen unterteilt, wobei für zumindest zwei Zonen der Gehalt an chemischen Bestandteilen des Abgases, wie Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoff und Stickoxid ermittelt wird. Es werden dabei ausschließlich gasförmige Komponen-20 ten des Abgases eines Otto-Motors in Betracht gezogen.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf Basis eines Rechenmodells eine weitere Verbesserung der Steuerung der Regeneration des Partikelfilters zu ermöglichen. 25 Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass für jede Zelle zumindest ein Schwellwert für den maximal zulässigen Beladungszustand definiert wird, und dass der Regenerationsvorgang für die Abgasnachbehandlungseinrichtung eingeleitet wird, wenn der Beladungszustand zumindest einer Zelle über dem entsprechenden Schwellwert liegt. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass aufgrund des Beladungszustandes zumindest einer Zelle eine 30 Zustandszahl ermittelt wird und dass der Regenerationsvorgang in Abhängigkeit der Zustandszahl eingeleitet wird.

Im Unterschied zu bekannten Verfahren zum Betrieb eines Partikelfilters wird die räumlich inhomogene Verteilung der Partikel im Filter nicht nur zur verbesserten Bestimmung der Ge-35 samtmasse an abgelagerten Partikeln benutzt, sondern unmittelbar zur Beeinflussung der Auslösung einer Regeneration des Partikelfilters. Diese Verbesserung in der Auslösung der Regeneration erlaubt eine Reduktion der Anzahl der Regenerationen, was den Kraftstoff-Mehrverbrauch reduziert. Insbesondere kann aber auch eine thermische Schädigung des Partikelfilters durch lokale Überhitzung besonders stark beladener Bereiche vermieden werden. 40

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Beladungszustände in zumindest zwei Zellen des Partikelfilters bestimmt. Die Zellen des Partikelfilters können dabei fiktiv festgesetzt sein und müssen nicht unbedingt mit konstruktiv ausgebildeten Zellen übereinstimmen. Zur Erfassung von verschiedenen Zellen in Strömungsrichtung des Abgases oder quer dazu ist das 45 Rechenmodell für die Beladung des Partikelfilters somit zumindest eindimensionaler Art, d.h., dass zumindest eine Längendimension, beispielsweise in Strömungsrichtung des Abgases und/oder quer dazu, erfasst wird. Neben der Gesamtmasse an Partikeln werden somit auch die Massen in unterschiedlichen Teilen des Partikelfilters berücksichtigt, um die Regeneration des Partikelfilters abhängig von der Masse an Partikeln in unterschiedlichen Zellen des Partikelfilters so bzw. in Abhängigkeit von deren Verteilung einzuleiten.

Vorzugsweise wird der Partikelfilter im Rechenmodell in gleich große Zellen unterteilt. Dadurch kann der Rechenaufwand so gering für möglich gehalten werden. Prinzipiell ist es aber auch möglich, dass die Zellen unterschiedliche Größe aufweisen. 55 4 AT 502 086 B1

In einer, besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Ablagerungsmodell die in jede der Zellen einströmende Masse an Partikeln in einen Anteil, welcher in dieser Zelle abgelagert wird und in einen Anteil, welcher aus der Zelle ausströmt, einteilt. Für die Beladung ist vor allem der Anteil, der in jeder Zelle abgelagert wird, von Relevanz. 5

Gemäß der Erfindung ist kann vorgesehen sein, dass einander entsprechende Schwellwerte zumindest zweier Zellen unterschiedlich groß definiert werden, wobei vorzugsweise der Schwellwert einer stromaufwärtigen Zelle kleiner ist als der Schwellwert einer stromabwärtigen Zelle. Überschreitet der Beladungszustand zumindest einer Zelle einen entsprechenden io Schwellwert, so wird der Regenerationsvorgang eingeleitet. Es ist aber auch möglich, dass die Entscheidung über die Regenerationsnotwendigkeit aus dem Beladungszustand mehrerer Zellen abgleitet wird. So kann aus der Verteilung der Partikel in den Zellen des Partikelfilter-Modells eine Information über den Beladungszustand gewonnen werden. Diese Information über den Beladungszustand wird einem Rechenblock zugeführt, der aus dem Beladungszu-15 stand und möglichen weiteren Informationen eine Aussage über die Regenerationsnotwendigkeit bestimmt. Diese Aussage über die Regenerationsnotwendigkeit kann aus einer binären Anforderung (ja/nein) oder einer Zustandszahl bestehen, die eine Information über die Dringlichkeit einer Regeneration des Partikelfilters enthält. Die Regenerationsanforderung kann weiters mit weiteren Informationen, beispielsweise Motor- und/oder Abgasparameter, verknüpft 20 werden, um dann tatsächlich eine Regeneration des Partikelfilters auszulösen.

Um eine genaue Aussage über den Beladungszustand des Partikelfilters zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn für zumindest eine Gruppe von Zellen jeweils zumindest zwei Schwellwerte, vorzugsweise ein erster und ein zweiter Schwellwert, definiert wird und dass in Abhängigkeit der 25 Häufigkeit des Überschreitens der Schwellwerte die Zustandszahl ermittelt wird, wobei vorzugsweise Überschreitungen von höheren Schwellwerten die Zustandszah! mehr beeinflusst als Überschreitungen von niedrigeren Schwellwerten.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Partikel in brennbare und nicht brennbare Partikel unter-30 teilt werden und wenn die Beladung jeder Zelle mit brennbaren und nicht brennbaren Partikeln getrennt ermittelt wird, wobei vorzugsweise die Regeneration des Partikelfilters nur dann eingeleitet wird, wenn die Beladung einer oder mehrerer Zellen mit brennbaren Partikeln einen Schwellwert für brennbare Partikel überschreitet. Auf diese Weise kann die Regenerationseffektivität wesentlich erhöht werden. 35

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Beladungszustand in jedem der Abschnitte in Abhängigkeit der im Abgasstrom vorhandenen Stickoxiden und/oder in Abhängigkeit der Temperatur des Partikelfilters ermittelt wird. Hierbei wird berücksichtigt, dass im Abgasstrom vorhanden Stickoxide die Ablagerung von Partikeln im Partikelfilter erheblich reduzieren 40 können, insbesondere bei hohen Temperatur des Partikelfilters und/oder bei einer katalytischen Beschichtung des Partikelfilters. Weiters ist es möglich, den Einfluss der Stickoxide auf die im Partikelfilter abgelegte Masse an Partikeln zu berücksichtigen. Dabei kann auf Basis der aus dem Partikelemissionsmodell bestimmten Masse an Partikeln, der aus dem ΝΟχ-Emissions-modell bestimmten Masse an Stickoxiden, sowie der Temperatur des Partikelfilters eine um 45 dem temperaturabhängigen Einfluss der Stickoxide verminderte effektive Partikelmasse bestimmt werden, die sich im Partikelfilter ablagert.

Die Temperatur des Partikelfilters wird berücksichtigt, da die Oxidation der Partikel durch NOx von der Temperatur des Partikelfilters abhängt. So findet bei Temperaturen unterhalb von ca. so 200°C keine Oxidation von NOx statt. In einer einfachen Ausführungsform wird im Stickoxidemissionsmodel die Masse an Stickoxiden mit einem Faktor multipliziert, der von der Temperatur des Partikelfilters abhängt, das Ergebnis von der Partikelmasse subtrahiert und das Resultat dieser Subtraktion auf einen nur leicht negativen Wert nach unten begrenzt, um die effektive Partikelmasse zu erhalten. Der Wert des genannten Faktors nimmt bei tiefen Temperaturen den 55 Wert 0 an und entspricht bei hohen Temperaturen einem festen Wert, welcher auch die 5 AT 502 086 B1 unterschiedliche (mittlere) molekulare Masse von Stickoxiden und Ruß berücksichtigt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Figuren näher erläutert. 5 Es zeigen Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau des Systems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 das Partikelfilter-Modell, Fig. 3 den Verfahrensablauf in einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante, Fig. 4 den Verfahrensablauf in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante, Fig. 5 die Partikelverteilung in einem Partikelfilter in Strömungsrichtung und Fig. 6 die kumulierte Partikelmasse pro Zelle. 10

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des Systems. Im Abgasstrang 2 einer Brennkraftmaschine 1 ist ein Partikelfilter 3 angeordnet. Gegebenenfalls kann vor dem Partikelfilter 3 noch ein nicht weiter dargestellter Oxidationskatalysator positioniert sein. 15 Mit Bezugszeichen CPU ist die Motorsteuereinheit bezeichnet. Aufgrund des durch die Motorsteuereinheit CPU vorgegebenen Motorbetriebspunkts werden im Emissionsmodell 5 Rohemissionen, wie ΝΟχ, HC, CO, Partikelemissionen oder dergleichen berechnet. Teil des Emissionsmodells 5 ist ein Partikel-Emissionsmodell EMP, welches Werte für die Massen bzw. die Konzentrationen der Partikel im Abgas liefert. Zur Modulierung der Ablagerung der Partikel im 20 Partikelfilter 3 ist ein Partikelfiltermodell PF-M vorgesehen. Gegebenenfalls können die Emissionsmodelle 5, EMP und das Partikelfiltermodell PF-M über Sensoren 6, 7 in Korrekturschritten 8, 9 modifiziert werden. Das Partikelfiltermodell PF-M ermittelt den Beladungszustand und gibt Anforderungen zur Durchführung einer Regeneration an eine Regenerationssteuereinheit 10 weiter, die über die Motorsteuereinheit CPU den nächsten Regenerationsvorgang für den Parti-25 kelfilter 3 einleitet. Mit Bezugszeichen 11 sind der Motorsteuereinheit CPU zugeführte Daten über den Fahrzeug-Zustand und über die Fahrsituation bezeichnet. Das Emissionsmodell 5, das Partikel-Emissionsmodell EMP und/oder das Partikelfiltermodell PF-M können in die Motorsteuereinheit CPU integriert sein. Es ist aber auch möglich, zumindest eines der Modelle in ein separates Steuergerät oder in ein anderes Steuergerät, beispielsweise einen sogenannten 3o "Fahrzeugführungsrechner", der vielfach in schweren Nutzfahrzeugen eingesetzt wird, zu implementieren.

Fig. 2 zeigt den relevanten Ausschnitt der Steuerungsalgorithmen im Motorsteuergerät CPU. Ein bekanntes Partikel-Emissionsmodell EMP liefert einen Wert für die Masse m_soot bzw. die 35 Konzentration der Partikel im Abgas. Dieses Modell EMP kann hierzu auf Motorbetriebsgrößen wie etwa Drehzahl n und Drehmoment M und/oder auf Daten von im Abgasstrang angeordneten Sensoren 6, 7 zurückgreifen. Mit mA ist der Abgas-Volumenstrom bezeichnet.

Weiterhin ist in den Steuerungsalgorithmen ein Partikelfilter-Modell PF-M vorgesehen, welches 40 die Ablagerung der Partikel im Partikelfilter 3 modelliert. Bekannt sind hier bisher Modelle, welche die Gesamtmasse an Partikeln bestimmen. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt hier ein Modell ein, das aus n fiktiven Zellen Z1, Z2,...Zn besteht, wobei n zumindest 2, vorteilhafterweise etwa 4-8 beträgt. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn diese Modell-Zellen Z1, Z2,...Zn in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sind, es sich also um ein 45 1-dimensionales Modell des Partikelfilters 3 handelt.

Diese mehreren Zellen Z1, Z2,...Zn können unterschiedlich große Abschnitte des Partikelfilters 3 simulieren, aber der Rechenaufwand ist besonders gering, wenn jede Zelle Z1, Z2,...Zn einen gleich großen Abschnitt des Partikelfilters 3 modelliert. 50

Aus der Verteilung der Partikel in den Zellen Z1, Z2,...Zn des Partikelfilter-Modells PF-M wird dann eine Information über den Beladungszustand, BZ, gewonnen, wie weiter unten ausführlich erläutert wird. Diese Information über den Beladungszustand BZ wird dann einem Rechenblock R_ANF zugeführt, der aus BZ und möglichen weiteren Informationen eine Anforderung ANF 55 bestimmt, dass das Partikelfilter 3 zu regenerieren ist. Diese Anforderung ANF, kann, wie in der 6 AT 502 086 B1

Literatur bekannt, aus einer binären Anforderung (ja/nein) oder einer Zustandszahl bestehen, die eine Information über die Dringlichkeit einer Regeneration des Partikelfilters enthält.

Die Regenerations-Anforderung ANF kann, wie ebenfalls bekannt, in weiteren, hier nicht darge-5 stellten Rechenblöcken mit weiteren Informationen verknüpft werden um dann tatsächlich eine Regeneration des Partikelfilters 3 auszulösen.

Fig. 3 zeigt das Modell PF-M des Partikelfilters 3. In jeder der n Zellen Z1, Z2,...Zn mit dem Index i ist die Masse an Partikeln mj abgelegt, d.h. m_1 in der ersten Zelle Z1, m_2 in der io zweiten Zelle Z2 usw. Ein einfacher Algorithmus zur Berechnung der Verteilung der Partikel in den einzelnen Zellen Z1, Z2,...Zn teilt die Partikelmasse m_i_ein, die am Eingang jeder der Zellen Z1, Z2,...Zn des Modells PF-M ankommt, in zwei Anteile m_i_par und m_i_trans auf. Dabei stellt m_par den Teil der Partikel dar, der parallel zur Strömungsrichtung 12 des Abgases weiter transportiert wird, während m_trans denjenigen Teil der Partikel darstellt, der transversal 15 zur Richtung des Abgasstromes 12 bewegt und auf der Wand des Partikelfilters 3 abgelagert wird. Für jede Zelle Z1, Z2,...Zn gilt also die Gleichung: mj_ein = m_i_trans + m_i_par. 20 Zudem ist die Partikelmasse m_i_par, die aus Zelle Zi parallel zum Abgasstrang transportiert wird, gleichzeitig diejenige Partikelmasse, die am Eingang der nächsten Zelle Z1, Z2,...Zn mit dem Index i+1 ankommt. Es gilt also: m_(i+1)_ein = m_i_par. 25

Am Eingang der ersten Zelle Z1 kommt die gesamte Partikelmasse an, es gilt also: m 1 ein = m soot. 30 Weiterhin kann man davon ausgehen, dass ein Wall Flow Partikelfilter die Partikel nahezu vollständig aus dem Abgas herausfiltert, dass also am Ausgang der letzten Zelle in guter Näherung keine Partikel mehr parallel transportiert werden. Es gilt also:

Die in jeder Zelle Z1, Z2,...Zn abgelagerte Partikelmasse mj ergibt sich durch Integration des transversalen Anteils m i trans über die Zeit,

Die Aufteilung von m_i_ein in die beiden Anteile m_i_par und m_i_trans wird vorteilhafterweise 40 durch einen Faktor fj beschrieben, welcher für jede Zelle unterschiedlich ist. Es gilt also: m i par = fj * m_i_ein und: 45 m_i_trans= (1 - fj) χ m_i_ein

Da, wie oben ausgeführt, am Ende des Partikelfilters nahezu keine Partikel entweichen, gilt die Beziehung: 50 f 1 χ f 2 * ... χ f n«0.

Aus der Literatur ist bekannt, dass die Ablagerung der Partikel auf der Wand des Filters mit der lokalen Strömungsgeschwindigkeit durch die Wand v_i_trans steigt. Daher ist es vorteilhaft, in 55 jedem Rechenschritt die Faktoren fj durch eine quadratische Abhängigkeit von v_i_trans zu 7 AT 502 086 B1 berechnen: 1 - f_i = f + g x v_i_trans + h χ (v_i_trans)2 5 Die Geschwindigkeiten v_i_trans können mit aus der Literatur bekannten Verfahren aus der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases vor dem Partikelfilter und dem Strömungswiderstand durch die Wand jeder Zelle bestimmt werden, wobei dieser Strömungswiderstand seinerseits von der bereits in Zelle Zi abgelagerten Partikelmasse mj abhängt. io Selbstverständlich sind auch komplexere Abhängigkeiten möglich, werden aber der Klarheit wegen hier nicht näher erörtert.

Abhängig von dem Beladungszustand des Partikelfilters 3, der durch die in jeder Zelle Zi abgelagerten Partikelmasse mj charakterisiert ist, kann der Rechenblock R_ANF nun eine Anforde-15 rung zur Regeneration des Partikelfilters 3 stellen.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in jeder Zelle Zi abgelagerte Partikelmasse mj durch das dieser Zelle Zi zugeordnete Volumen des Partikelfilters 3 dividiert um so die Partikelbeladung B_i jeder Zelle Zi zu bestimmen. Übersteigt nun die Partikelbe-20 ladung einer Zelle Zi einen Schwellwert B_max, wird eine Regeneration angefordert. Der Schwellwert Bjnax ist abhängig vom Material des Partikelfilters 3 und der Einbausituation im Abgasstrang 2. Für ein Partikelfilter 3 aus Siliziumkarbid (SiC) ist eine maximale Beladung zwischen 2 g/l und 12 g/l, besonders vorteilhafterweise zwischen 8 g/l und 10 g/l vorteilhaft. 25 In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird für den Vergleich nicht die Beladung B_i einer einzelnen Zelle Zi, sondern die über .mehrere Zellen z.B. 2 oder 3 Zellen, gemittelte Beladung herangezogen.

In einer weiteren Ausgestaltung werden für unterschiedliche Teile des Partikelfilters 3 unter-30 schiedliche Partikelbeladungs-Schwellwerte B max berücksichtigt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn dieser Schwellwert im vorderen Teil des Partikelfilters 3 einen geringeren Wert hat als im hinteren Teil, da eine übermäßig hohe Beladung des Partikelfilters 3 im vorderen Teil besonders schnell zu einer Verstopfung des Partikelfilters 3 führen kann. 35 Wenn die Regenerations-Anforderung ANF nicht aus einem binären ja/nein Wert sondern aus einer Zustandszahl besteht, die eine Information über die Dringlichkeit einer Regeneration des Partikelfilters enthält, ist es vorteilhaft, wenn diese Zustandszahl von der Anzahl der Zellen Zi des Partikelfilters 3 abhängt, deren Beladung B_i den Schwellwert B_max überschreitet. 40 Hierbei ist es noch vorteilhafter, wenn es einen ersten Schwellwert B_max_1 und einen zweiten Schwellwert B_max_2 gibt, wobei B_max_2 vorteilhafterweise größer ist als B_max_1. In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt die Zustandszahl von der Anzahl der Zellen ab, deren Beladung B_i den ersten Schwellwert B_max_1 überschreitet sowie von der Anzahl der Zellen, deren Beladung B_i ebenfalls den zweiten Schwellwert B_max_2 überschrei-45 tet, wobei die Anzahl der Zellen deren Beladung den Wert B_max_2 überschreitet einen größeren Einfluss auf den Wert der Zustandszahl hat als die Anzahl der Zellen Zi, deren Beladung lediglich den Wert B_max_1 überschreitet.

Weiterhin ist es vorteilhaft die Partikel in brennbare Partikel (Ruß) und nicht brennbare Partikel so (Asche) zu unterteilen und die Beladung jeder Zelle Zi mit brennbaren und nicht brennbaren Partikeln getrennt zu berechnen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, eine Regeneration des Partikelfilters 3 nur dann anzufordem, wenn die Beladung einer oder mehrerer gemittelter Zellen Zi mit brennbaren Partikeln einen Schwell-55 wertB brennbar max überschreitet.

Claims (13)

1. 8 AT 502 086 B1 Fig. 4 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird berücksichtigt, dass im Abgasstrom vorhandene Stickoxide (NOx) die Ablagerung von Partikeln , im Partikelfilter 3 erheblich reduzieren können (sogenannter CRT-Effekt), insbesondere bei einer hohen Temperatur des Partikelfilters und/oder bei einer katalytischen Beschichtung des Partikelfilters 3. Daher ist vorgesehen, zusätzlich zu dem Emissionsmodell für Partikel, EMP, ein weiteres Modell ΕΜΝΟχ zu verwenden, welches die Emission an Stickoxiden beschreibt. Solch ein Modell liefert einen Wert m_NOx für die Masse oder Konzentration an Stickoxiden im Abgasstrom, welcher z.B. aus einem Kennfeld gewonnen werden kann, das Drehzahl n, Drehmoment M oder ähnliche Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine als Eingang enthält. Weiterhin ist ein NOx-Einfluss-Modell (NOx-MOD) vorgesehen, welches den Einfluss der Stickoxide auf die im Partikelfilter 3 abgelegte Masse an Partikeln berücksichtigt. Dieses Modell bestimmt auf Basis der aus dem Partikel-Emissionsmodell EMP bestimmten Masse an Partikeln m_soot, der aus dem NOx-Emissionsmodell EMNOx bestimmten Masse an Stickoxiden m_NOx sowie der Temperatur des Partikelfilters T_PF eine um den temperaturabhängigen Einfluss der Stickoxide verminderte effektive Partikelmasse m_soot_eff, die sich im Partikelfilter 3 ablagert. Die Temperatur T_PF wird berücksichtigt, da die Oxidation der Partikel durch NOx von der Temperatur des Partikelfilters 3 abhängt. So findet bei Temperaturen von unterhalb ca. 200°C keine Oxidation durch NOx statt. In einer einfachen Ausführungsform wird im Modell NOx-MOD die Masse m_NOx an Stickoxiden mit einem Faktor f_Temp multipliziert, der von der Temperatur des Partikelfilters T_PF abhängt, das Ergebnis von der Partikelmasse m_soot subtrahiert und das Resultat dieser Subtraktion auf einen nur leicht negativen Wert nach unten begrenzt, um die effektive Partikelmasse m_soot_eff zu erhalten. Der Wert des Faktors f_Temp nimmt bei tiefen Temperaturen den Wert Null an und entspricht bei hohen Temperaturen einem festen Wert, welcher auch die unterschiedliche (mittlere) molekulare Masse von Stickoxiden und Ruß berücksichtigt. In Fig. 5 ist die Partikelmassenverteilung in Strömungsrichtung nach einer Beladung relativ zur Position im Partikelfilter gezeigt. Mit A ist dabei die gemessene Masse mp der Partikel, mit B die aus dem Ablagerungsmodell ermittelte Masse mp der Partikel im Partikelfilter bezeichnet, wobei der Partikelfilter 3 in vier Zellen eingeteilt wurde. Die kumulierte Masse mp der Partikel pro Zelle Z1, Z2, Z3, Z4 ist in Fig. 6 für gemessene und mit dem Ablagerungsmodell ermittelte Massen A, B dargestellt. Es ist eine gute Übereinstimmung zwischen realen und errechneten Ergebnissen erkennbar. Das erfindungsgemäße Verfahren wurde anhand von Massenströmen der Komponenten im Abgas erörtert. Anstelle der Massenströme können aber auch die entsprechenden Konzentrationen und der Volumenstrom der Abgase verwendet werden. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Steuerung der Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines Partikelfilters mittels eines vorzugsweise kennfeldbasierten Rechenmodells, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung in zumindest zwei, vorzugsweise zumindest fünf Zellen, eingeteilt wird, der Beladungszustandes in jeder der Zellen mittels eines Ablagerungsmodells ermittelt wird und ein Regenerationsvorgange für die Abgasnachbehandlungseinrichtung in Abhängigkeit des Beladungszustandes eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des Beladungszustandes zumindest einer Zelle eine Zustandszahl ermittelt wird und dass der Regenerationsvorgang in Abhängigkeit der Zustandszahl eingeleitet wird. 9 AT 502 086 B1
2. 2. Verfahren zur Steuerung der Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines Partikelfilters mittels eines vorzugsweise kennfeldbasierten Rechenmodells, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung in zumindest zwei, vorzugsweise zumindest fünf Zellen, eingeteilt wird, der Beladungszustandes in jeder der Zellen mittels 5 eines Ablagerungsmodells ermittelt wird und ein Regenerationsvorgange für die Abgasnachbehandlungseinrichtung in Abhängigkeit des Beladungszustandes eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Zelle zumindest ein Schwellwert für den maximal zulässigen Beladungszustand definiert wird, und dass der Regenerationsvorgang für die Abgasnachbehandlungseinrichtung eingeleitet wird, wenn der Beladungszustand zumin- io dest einer Zelle über dem entsprechenden Schwellwert liegt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Zellen in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen zumindest annähernd gleicher Größe definiert werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Zelle zumindest ein Schwellwert für den maximal zulässigen Beladungszustand definiert wird. 20
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte zumindest zweier Zellen unterschiedlich groß definiert werden, wobei vorzugsweise der Schwellwert einer stromaufwärtigen Zelle kleiner definiert wird als der Schwellwert einer stromabwärti-gen Zelle. 25
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regenerationsvorgang eingeleitet wird, wenn der Beladungszustand zumindest einer Zelle über dem entsprechenden Schwellwert liegt.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regenerationsvor gang eingeleitet wird, wenn ein Mittelwert über die Beladungszustände mehrerer Zellen über dem Schwellwert liegt.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des 35 Beladungszustandes zumindest einer Zelle eine Zustandszahl ermittelt wird und dass der Regenerationsvorgang in Abhängigkeit der Zustandszahl eingeleitet wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest eine Gruppe von Zellen jeweils zumindest zwei Schwellwerte, vorzugsweise ein erster und ein 40 zweiter Schwellwert, definiert wird und dass in Abhängigkeit der Häufigkeit des Überschreitens der Schwellwerte die Zustandszahl ermittelt wird, wobei vorzugsweise Überschreitungen von höheren Schwellwerten die Zustandszahl mehr beeinflusst als Überschreitungen von niedrigeren Schwellwerten.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bela dung der Abgasnachbehandlungseinrichtung in brennbare und nicht brennbare Partikel unterteilt wird und dass die Beladung jeder Zelle mit brennbaren und nicht brennbaren Partikeln getrennt ermittelt wird. so 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung nur dann eingeleitet wird, wenn die Beladung eines oder mehrerer Zellen mit brennbaren Partikeln einen Schwellwert für brennbare Partikel überschreitet.
12. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bela- 10 AT 502 086 B1 dungszüstand in jedem der Zellen in Abhängigkeit der im Abgasstrom vorhandenen Stickoxide,,und/oder in Abhängigkeit der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt wird.
13. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablage rungsmodell die in jede der Zellen einströmende Masse an Partikeln in einen Anteil, welcher in dieser Zelle abgelagert wird und in einen Anteil, welcher aus der Zelle ausströmt, einteilt. 10 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 15 20 25 30 35 40 45 50 55