DE10154261B4 - Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines Teilchenfilters im Abgasweg eines Motors - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Abschätzung der Menge an in einem Teilchenfilter (16, 16a, 16b) des Abgasweges (14) einer Brennkraftmaschine (10) angesammeltem inerten Material, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (A) Regeneration des Filters durch Erhöhung der Temperatur des in den Filter eintretenden Abgases auf ein Niveau, das ausreicht, die im Filter aufgefangenen und eine Gegendrucklast darstellenden, verbrennbaren Teilchen zu entzünden; (B) Bestimmung der nach der Regeneration verbleibenden Ladung im Teilchenfilter, wobei die verbleibende Ladung zu der angesammelten Menge des genannten inerten Materials im Filter in Beziehung steht; (C) sukzessive Wiederholung der Schritte (A)–(B), wobei Schritt (B) die Erfassung der minimalen Menge der verbleibenden Ladung enthält, welche über die sukzessive wiederholten Schritte bestimmt wurde.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung der sich durch Teilchenansammlung ergebenden Beladung eines Teilchenfilters im Abgasweg eines Motors, insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Beladung mit einer Abschätzung des Aschegehaltes im Filter.
  • Teilchenfilter werden in den Abgassystemen von Brennkraftmaschinen – insbesondere von Dieselmotoren (”Dieselteilchenfilter DPF”) – verwendet, um die primär aus kohlenstoffbasiertem Material bestehende Teilchenmaterie aufzufangen und zu entfernen. Bei der Passage der Motorabgase durch den DPF werden die Teilchen im Filter aufgefangen und im Laufe der Zeit dort akkumuliert. Dies führt zu einem Anstieg des Strömungswiderstandes für den Abgasfluss durch den DPF und daher zu einem Anstieg des Gegendrucks zum Motor. Dieser Anstieg des Gegendrucks hat nachteilige Auswirkungen auf den Motorbetrieb und insbesondere auf den Kraftstoffverbrauch. Um den Gegendruck auf akzeptable Werte zu senken, wird der DPF periodisch durch Abbrennen der angesammelten Teilchen gereinigt, von denen die meisten brennbar sind.
  • Der DPF sollte jedoch aus mehreren Gründen sparsam regeneriert werden. Zunächst steigt die Filtereffizienz des DPF mit zunehmender Teilchenbeladung. Zweitens muss, um die Regeneration zu bewirken, die Abgastemperatur auf Werte oberhalb der während des normalen Motorbetriebs erreichten Werte erhöht werden, wodurch die Regeneration zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt. Drittens ist die Regeneration am effizientesten, wenn die Teilchenbeladung ausreichend hoch und über den Filter hinweg homogen ist.
  • Es gibt eine Reihe von herkömmlichen Verfahren, die Abgastemperatur auf das benötigte Niveau (zum Beispiel oberhalb von 450°C) zu erhöhen, um die Regeneration auszulösen. Unabhängig von dem zur Erhöhung der Abgastemperatur eingesetzten Verfahren ist es notwendig, die Beladung des DPF abzuschätzen, so dass die Regenerationsvorgänge in optimalen Intervallen gestartet werden. Die DPF-Beladung kann aus Referenzwerten abgeleitet werden, die von den Motorbetriebsbedingungen abhängen, oder die Beladung kann auf direkten Wege gemessen werden durch Erfassen des Abgasdruckes stromaufwärts und stromabwärts des DPF und Lösen einer Gleichung, welche die Beziehung zwischen dem Massenfluss durch den DPF und den erfassten Drücken beschreibt. Die in dieser Gleichung verwendete effektive Verengung (”restriction”) stellt die Abhängigkeit zu der im DPF angesammelten Ladung her. Indem zunächst die Gleichung für die effektive Verengung und dann die die effektive Verengung beschreibende Gleichung für die Beladung gelöst wird, kann die Beladung des DPF schließlich abgeschätzt werden.
  • Bei bekannten Techniken zur Abschätzung der DPF-Beladung wird jedoch die Ansammlung inerter Teilchenmassen wie etwa Asche im DPF nicht in Betracht gezogen. Asche trägt zu dem vom Motor erfahrenen Gegendruck und zum Druckabfall über den DPF bei, obwohl diese den DPF während der Regeneration nicht gefährdet, da diese nicht zu der während des Regenerations-Prozesses auftretenden exothermen Reaktion beiträgt. Es wäre daher sehr wünschenswert, zwischen der im DPF angesammelten Asche und der durch die im DPF angesammelten Kohleteilchen verursachten Beladung zu unterscheiden.
  • Aus der US 5 319 930 ist ein Verfahren bekannt, bei dem am Ende eines Regenerationsprozesses die Druckdifferenz über den Filter gemessen und zur Abschätzung der inerten Teilchenmasse im Filter verwendet wird. Aufgrund der Abschätzung werden dann zukünftige Steuerungsparameter für die Regeneration angepasst. Problematisch hieran ist jedoch, dass erhebliche Schwankungen hinsichtlich des Endes des Regenerationsprozesses und der Messung der Druckdifferenz auftreten können, welche sich entsprechend negativ auf die Schätzgenauigkeit auswirken. Mit der vorliegenden Erfindung soll diesbezüglich Abhilfe geschaffen werden.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines Teilchenfilters (im Folgenden wird stellvertretend von einem Dieselteilchenfilter DPF gesprochen) bereitgestellt, welches eine Abschätzung derjenigen Beladung enthält, die inertem Material – wie etwa Asche – zuzuschreiben ist.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die im DPF angesammelte Menge inerten Materials bestimmt durch Detektion des Endes eines DPF-Regenerationsvorganges und anschließende Bestimmung der dann noch existierenden DPF-Beladung, welche als durch die inerten Teilchen erzeugt angenommen wird. Der Endpunkt des Regenerationsvorganges kann bestimmt werden durch Erfassung der Temperatur des durch den Filter fließenden Abgases oder durch Bestimmung der Änderungsrate der DPF-Beladung. Die verbleibende Beladung im DPF repräsentiert inertes Material und kann bestimmt werden durch Erfassung des Druckabfalls über den DPF unmittelbar nach dem Ende des Regenerationsvorganges. Dabei wird die Gegendrucklast im DPF über eine Reihe von Regenerationsvorgängen gemessen, und die Beladung an inerten Teilchen wird als der kleinste Beladungswert angenommen, der über sämtliche Regenerationsvorgänge festgestellt wurde.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Abschätzung der Menge der inerten Partikelbeladung im DPF bereitgestellt, welches die Bestimmung der gesamten DPF-Beladung über einen vorgewählten Zeitraum oder ein Distanzintervall sowie die Auswahl des kleinsten Beladungswertes als der inerten Partikelbeladung zuschreibbar umfasst. Das Verfahren wird vorzugsweise realisiert durch Speicherung von nur zwei Zeit/Beladungs- oder Entfernung/Beladungspaaren, um eine Speicherung der gesamten Menge an DPF-Beladungsdaten über den gesamten vorgewählten Zeitraum oder das Entfernungsintervall zu vermeiden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die DPF-Beladung unter Verwendung von Gleichungen abgeschätzt, die eine laminare oder turbulente Strömung in Rohren beschreiben und durch die eine Beziehung zwischen dem Massenfluss durch den DPF und dem hierüber stattfindenden Druckabfall hergestellt wird.
  • Dementsprechend besteht eine vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines DPF bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein wie vorstehend beschriebenes Verfahren bereitzustellen, welches denjenigen Anteil der DPF-Beladung abschätzt, der durch inerte Teilchen wie etwa Asche im DPF erzeugt wird.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines wie vorstehend beschriebenen Verfahrens, welches die DPF-Beladung durch Erfassung des Druckabfalls über den DPF und anschließende Lösung von Gleichungen bestimmt, die die laminare oder turbulente Strömung durch den DPF beschreiben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines turbogeladenen Dieselmotors und des zugehörigen Abgassystems mit einem DPF;
  • 2 einen vereinfachten Längsschnitt einer Form eines DPF aus 1;
  • 3 eine Ansicht ähnlich 2, die jedoch eine alternative Form eines DPF zeigt.
  • Gemäß 1 ist ein Dieselmotor 10 mit einem Turbolader 12 ausgerüstet, welcher eine Abgasleitung 14 aufweist, die mit einem In-Line-Dieselteilchenfilter 16 (DPF) ausgestattet ist. Der DPF 16 kann derart betrieben werden, dass Teilchenmaterie, die in dem vom Motor 10 produzierten Abgas enthalten ist, ausgefiltert und hierdurch entfernt wird. Ein Teil des Abgases wird durch ein optionales EGR-Ventil 18 und einen EGR-Kühler 20 zum Einlasskrümmer 22 des Motors rückgeführt. Zwischen dem Turbolader 12 und dem Einlasskrümmer 22 ist ein Zwischenkühler 24 vorgesehen. Zahlreiche in 1 dargestellte Temperatur- und Druckparameter werden durch entsprechende Sensoren erfasst, die für die Regelungsstrategie des Motors 10 und zur Optimierung der Regenerationsintervalle des DPF 16 verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung hier zwar in Verbindung mit einem Dieselmotor beschrieben wird, das erfindungsgemäße Verfahren jedoch vorteilhaft auch mit anderen Arten von Motoren – wie zum Beispiel einem Benzinmotor mit Direktinjektion – eingesetzt werden kann.
  • Eine mit der Bezugsziffer 16a bezeichnete Form eines DPF ist in 2 gezeigt und enthält einen Filter 26, der innerhalb einer äußeren zylindrischen Röhre 28 mit zugespitzten Enden, die In-Line mit der Abgasleitung 14 verbunden sind, untergebracht ist. Um den DPF 16 und dessen Beladung zu überwachen, wird die Temperatur des Abgases stromaufwärts und stromabwärts des DPF 16 durch ein Paar von Temperatursensoren 30, 32 gemessen, die entsprechende Temperatursignale TupDPF, TdnDPF erzeugen. In ähnlicher Weise wird der Druck des Abgases stromaufwärts und stromabwärts durch ein Paar entsprechender Drucksensoren 34, 36 gemessen, die stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts des DPF 16 in der Abgasleitung 14 angeordnet sind und entsprechende Drucksignale PupCAT, PdnCAT erzeugen. Die Verwendung zweier Drucksensoren 34, 36 erlaubt die Bestimmung des zwischen ihnen herrschenden Differenzdruckes, welcher als Δpmeasured bezeichnet wird. Weiterhin ist ein Massenflusssensor (MAF) 38 zur Überwachung des DPF 16 und seiner Beladung erforderlich, welcher ein Massenflusssignal Wci erzeugt.
  • Eine alternative, mit der Bezugsziffer 16b bezeichnete Form eines DPF ist in 3 gezeigt, bei der ein Oxidationskatalysator 40 innerhalb des DPF-Gehäuses 28 stromaufwärts und beabstandet vom DPF 26 angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung sind die Sensoren 34, 36 und 38 in den zugespitzten Abschnitten des DPF 16b und nicht in der Abgasleitung 14 angeordnet. Außerdem ist der Temperatursensor 30 in einer Lücke zwischen dem Filter 26 und dem Katalysator 40 positioniert, um die Temperatur des Gases zu erfassen, nachdem es den Katalysator 40 passiert hat, jedoch bevor es den DPF 26 erreicht. Ein zusätzlicher Drucksensor 42 ist ferner im Spalt zwischen dem Katalysator 40 und dem DPF 26 angeordnet, um den Druck PupDPF zu bestimmen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass auf diesen Sensor verzichtet werden kann, wenn der Druckabfall über den Katalysator 40 berechnet wird.
  • Die Verwendung der vorstehend beschriebenen Sensoren für die Temperatur, den Druck und den Luftmassenfluss erlaubt die Bestimmung der DPF-Beladung. Diese Bestimmung basiert auf der funktionalen Beziehung zwischen der DPF-Ladung und der effektiven Fläche des DPF sowie der Verwendung von experimentell ermittelten Kalibrierungsfaktoren, die in Kombination mit einer Ventilgleichung für ein nicht-kritisches Flussregime des Abgasmassenflusses durch den DPF 16 angewendet werden. Der Effekt der DPF-Ladung auf den Fluss durch das Abgasrohr 14 kann in Form eines Ventils modelliert werden, welches sich mit anwachsender Beladung langsam schließt. Diese Ventilgleichung, welche den Fluss durch eine Öffnung beschreibt, ist im Stand der Technik wohlbekannt und beschreibt den Massenfluss durch WDPF = [A(lDPF)PupDPF/(RTupDPF)1/2] × {(2γ/γ – 1)[(PdnDPF/PupDPF)2/γ – (PdnDPF/PupDPF)(γ+1)/γ]}1/2
  • Dabei ist A die effektive Fläche, die als Funktion der DPF-Kohlenstoffbeladung modelliert wird; R ist die Gaskonstante; γ ist das Verhältnis der spezifischen Wärmekonstanten und die Drücke und Temperaturen haben die vorstehend erläuterte Bedeutung. Bei einem Motorbetrieb im stationären Zustand ist der Fluss WDPF durch den DPF gegeben durch die Summe des Luftmassenflusses Wcp des Kraftstoffflusses Wf, welche beide bekannt sind. Die obige Gleichung kann dann nach A(lDPF) aufgelöst werden: A(lDPF) = [(Wci + Wf)/PupDPF](RTupDPF)1/2 × {(2γ/γ – 1)/[(PdnDPF/PupDPF)2/γ – (PdnDPF/PupDPF)(γ+1)/γ]}–1/2
  • Die effektive Fläche A(lDPF) kann als Exponentialfunktion der Beladung lDPF oder als Polynom erster oder zweiter Ordnung modelliert werden. Für alle drei Funktionen können die Koeffizienten experimentell leicht bestimmt werden. Alle diese Funktionen können leicht nach der Ladung aufgelöst werden, so dass ein expliziter Ausdruck für die DPF-Beladung in (g/l) erhalten wird.
  • Eine detailliertere Erklärung der Abschätzung der DPF-Beladung unter Verwendung der obigen Öffnungsgleichung zur Modellierung des Flusses durch den DPF wird in der EP 1 081 347 A1 (Europäische Patentanmeldung Nr. 99 117 366) mit dem Titel ”Method to Determine The Amount of Diesel Particulant Accumulated in a DPF” beschrieben, welche durch Bezugnahme vollständig in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
  • Im Gegensatz zu dem vorstehend erwähnten Verfahren zur Bestimmung der DPF-Beladung unter Verwendung der Öffnungsgleichung sowie abhängig von der Geometrie des DPF und seiner Sensoren kann es effizienter sein, Gleichungen zu verwenden, die eine laminare oder turbulente Strömung in Röhren beschreiben, um die Beziehung zwischen dem Massenfluss durch den DPF 16 und dem hierüber herrschenden Druckabfall darzustellen. Wie nachstehend beschrieben wird, werden Gleichungen zur Herstellung einer linearen oder quadratischen Beziehung zwischen dem Fluss durch den DPF 16 und dem darüber herrschenden Druckabfall abgeleitet. Um die Gleichungen für laminare oder turbulente Strömungen herzuleiten, werden die folgenden Notationen verwendet:
    ADPF - Effektive Verengung
    C0, c1, c2, c3 Koeffizienten
    d m Durchmesser
    fDPF( ) Funktion, die den volumetrischen Fluss mit dem Druckabfall in Beziehung setzt
    L m Länge
    lDPF g/l DPF-Beladung
    lDPF,ash g/l Aschebeladung im DPF
    lDPF,carbo g/l Kohlenstoffbeladung im DPF
    lDPF,filtered g/l DPF-Beladung nach dem Passieren eines Tiefpassfilters
    PdnDPF kPa Druck stromabwärts des DPF
    PDPF kPa Druck im DPF
    PupDPF kPa Druck stromaufwärts des DPF
    R kJ/kg/K Gaskonstante
    T K Temperatur
    Tash s Zeitintervall, das für die Bestimmung der im DPF angesammelten Asche verwendet wird
    TdnDPF K Temperatur stromabwärts des DPF
    TDPF K Temperatur im DPF
    TupDPF K Temperatur stromaufwärts des DPF
    V m3/s Volumetrischer Fluss
    VDPF m3/s Volumetrischer Fluss durch den DPF
    W kg/s Massenfluss
    WDPF kg/s Massenfluss durch den DPF
    Δp kPa Druckabfall
    ΔpDPF kPa Druckabfall über den DPF
    η Ns/m2 Viskosität
    ρ kg/m3 Dichte
  • Für den laminaren Fluss wird die Hagen-Poiseuillesche Gleichung verwendet, die den volumetrischen Fluss V durch eine Röhre mit dem Druckabfall Δp in Beziehung setzt:
    Figure 00110001
    wobei d der Durchmesser der Röhre, L ihre Länge und η die Viskosität der Flüssigkeit ist. Der Druckabfall ist daher eine lineare Funktion des Flusses (unter der Annahme, dass η konstant ist): Δp = c1V (2).
  • Wenn die Reynoldszahl, die dem Fluss durch eine Röhre zugeordnet ist, oberhalb 2320 ist, ist der Fluss nicht länger laminar, sondern turbulent. Für einen turbulenten Fluss hängt der Druckabfall quadratisch vom volumetrischen Fluss ab: Δp = c2V2 (3) wobei der Koeffizient von der Reynoldszahl und der Rauheit der Wände abhängt.
  • Dieselteilchenfilter bestehen nicht nur aus einer Röhre, sondern aus einer sehr großen Anzahl paralleler Röhren, wobei die Abgasströmung die Wände zwischen den Röhren, welche zum Motor hin offen sind, und jene, welche zum Abgasrohr hin offen sind, passieren muss. Um all diesen Phänomenen Rechnung zu tragen, werden die Gleichungen (2) und (3) kombiniert: Δp = c0 + c1V + c2V2 (4)
  • Damit die verbleibende Ableitung allgemein gehalten bleibt, wird die Funktion fDPF(V) eingeführt, um die rechte Seite von irgendeiner der Gleichungen (2), (3) oder (4) zu repräsentieren. Daher ist ΔpDPF = PupDPF – PdnDPF = fDPF(VDPF) (5)
  • Die Koeffizienten in dem Ausdruck (2), (3) oder (4) müssen an einem auf ein bekanntes Ladungsniveau (”nominale Ladung”) beladenen DPF mit Flussmessungen kalibriert werden. Mit der Dichte ρ = p/RT (6) worin R die Gaskonstante, T die Temperatur und p der Druck ist, kann der volumetrische Fluss ersetzt werden durch den Massenfluss W: V = (RT/p)W (7)
  • Dieses ist eine gültige Approximation, da der Druck und die Temperatur sich entlang des DPF nicht ausgeprägt ändern.
  • Um der Verstopfung durch Teilchenmaterie, die sich schrittweise im DPF ansammelt, Rechnung zu tragen, wird eine effektive Verengung ADPF eingeführt. ADPF(lDPF) ist eine Funktion der DPF-Beladung lDPF; ADPF wird normalisiert in dem Sinne, dass diese für den nominal geladenen DPF gleich 1 ist und größer als 1 für einen darüber hinaus geladenen DPF. Für ADPF kann eine Exponentialfunktion verwendet werden: ADPF(lDPF) = exp(–c3lDPF) (8)
  • Alternativ kann irgendein anderer Ausdruck verwendet werden, welcher einfach nach lDPF aufgelöst werden kann, wie etwa ein Polynom erster oder zweiter Ordnung.
  • Mit der effektiven Verengung und der Gleichung (7) wird aus dem Ausdruck (4) für den Druckabfalls ΔpDPF = ADPF(lDPF)fDPF(RTDPFWDPF/PDPF) (9)
  • Diese Gleichung kann nach der effektiven Verengung aufgelöst werden: ADPF(lDPF) = ΔpDPF/(fDPF(RTDPFWDPF/PDPF)) (10) welche ihrerseits nach der DPF-Beladung aufgelöst werden kann: lDPF = –1/c3 ln{ADPF(lDPF)} (11)
  • Die Temperatur TDPF, die für die Konversion von dem volumetrischen zum Massenfluss verwendet wird, kann entweder die Temperatur TupDPF stromaufwärts des DPF, die Temperatur TdnDPF stromabwärts oder der Mittelwert dieser beiden Temperaturen sein, je nachdem, welche Sensoren verfügbar sind. Solange keine Regeneration des DPF stattfindet, sollten TupDPF und TdnDPF gleich groß sein. Dasselbe kann für den absoluten Druck PDPF gesagt werden. Da jedoch (aus Gründen der Genauigkeit) der Druckabfall ΔpDPF gemessen wird, wird PDPF bevorzugt auf einem der folgenden Wege berechnet: PDPF = PupDPF – ΔpDPF/2 PDPF = PdnDPF + ΔpDPF/2
  • Alternativ kann der Druck PdnDPF stromabwärts des DPF basierend auf dem Fluss WDPF und der Temperatur TdnDPF abgeschätzt werden.
  • Das mit der Gleichung (11) abgeschätzte DPF-Ladungssignal kann durch Verwendung eines langsamen Tiefpassfilters nachverarbeitet werden, welcher nur dann aufgefrischt wird, wenn entweder der Massenfluss durch den DPF oder der Druckabfall über diesen eine bestimmte Schwelle überschreitet.
  • Wie vorstehend diskutiert, wird der DPF 16 durch Erhöhen der Temperatur des Abgases auf ein Niveau, das zum Verbrennen der brennbaren Partikel ausreicht, die sich in dem DPF angesammelt haben, periodisch regeneriert. Typischerweise enthalten diese brennbaren Partikel Kohlenstoff. Zusätzlich zu Kohlenstoffteilchen fängt der DPF jedoch gleichermaßen Motorabrieb, Öl und Kraftstoffadditive auf. Obwohl ein Großteil der Teilchenmaterie während des Regenerationsprozesses in gasförmige Stoffe überführt und daher aus dem DPF entfernt wird, gibt es einen bestimmten Anteil, welcher inert ist und nicht verbrannt werden kann. Dieses unverbrannte Material verbleibt im DPF in Form von Asche. Die im DPF aufgefangene Asche sammelt sich im Laufe der Zeit an und trägt zum Druckabfall über den DPF bei, obwohl diese nicht Teil der Kohlenstoffteilchenbeladung ist, d. h. der Beladung, die für einen Beitrag zur exothermen Reaktion während des DPF-Regenerationsprozesses verfügbar ist.
  • Um die wahre DPF-Beladung genau zu bestimmen, d. h. denjenigen Anteil der gesamten Beladung, welcher während der Regeneration durch Verbrennung entfernt werden kann, ist es erforderlich, die Menge an Asche zu bestimmen, die sich im DPF angesammelt hat. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Endpunkt eines Regenerationsvorganges detektiert und es wird eine Bestimmung der DPF-Beladung zu diesem Zeitpunkt vorgenommen. Die verbleibende DPF-Beladung nach dem Endpunkt des Regenerationsvorganges wird dann als Asche angenommen. Jede Regeneration des DPF ist nicht notwendigerweise immer vollständig. Mit anderen Worten kann das Ausmaß der Regeneration des DPF von Vorgang zu Vorgang variieren. Dementsprechend wird der auf die vorstehend beschriebene Weise erhaltene Abschätzungswert der Ascheladung bevorzugt über mehrere Regenerationsvorgänge gefiltert. Wenn die Beladung nach aufeinanderfolgenden Regenerationsvorgängen abgeschätzt wird, ist es besonders wichtig, das exakte Ende des Regenerationsvorganges zu detektieren. Dies kann zum einen erreicht werden durch Überwachung der Regeneration selbst. Die Regeneration kann durch eine Erfassung der Temperatur des DPF-Einlasses erkannt werden. Eine exotherme Reaktion offenbart sich durch eine Energieunausgewogenheit oder dadurch, dass die Steigung des gefilterten DPF-Ladungssignals negativ wird. Wenn die exotherme Reaktion vollständig ist oder die Änderung der DPF-Ladung wieder positiv zu werden beginnt, kann angenommen werden, dass der Regenerationsvorgang vorüber ist und dass die verbleibende DPF-Beladung Asche ist.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welche nicht direkt abhängig von der Detektion von Regenerationsvorgängen ist, wird der kleinste Wert der DPF-Beladung über ein Zeitintervall tash, zum Beispiel 50 Stunden Motorbetrieb, aufgezeichnet, und der kleinste während dieses Intervalls detektierte Wert der DPF-Beladung wird als Menge der angesammelten Asche angenommen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass es geeigneter sein kann, das Intervall über die vom Fahrzeug zurückgelegte Distanz als über die Zeit zu messen. Um zu vermeiden, dass das gesamte DPF-Ladungssignal für das vollständige Zeitintervall tash gespeichert werden muss, werden für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise nur zwei gespeicherte Zeit/Beladungspaare verwendet. Ein geeigneter Algorithmus zur Ausführung dieser Abschätzungstechnik für die Ascheladung wird nachfolgend dargestellt:
    Figure 00160001
    Figure 00170001
  • Die in ash_t2 gespeicherte Aschemenge (Minimalwert über das vergangene tash/2-Intervall) wird mit dem aktuellen Wert der gefilterten DPF-Beladung lDPF,filtered verglichen. Falls lDPF,filtered kleiner ist, wird der gespeicherte Wert aufgefrischt und der aktuelle Wert der Motorbetriebsstunden wird in t2 gespeichert. Falls der neue Wert kleiner als der in ash_t1 gespeicherte Wert ist (minimaler Wert über das gesamte tash-Intervall), wird dieser ebenso aufgefrischt. Falls der in ash_t2 gespeicherte wert über eine tash/2 überschreitende Zeitdauer sich nicht geändert hat oder derjenige in ash_t1 nicht für eine tash überschreitende Zeitdauer, wird der alte kleine Wert in ash_t1 durch den neuen, größeren Wert aus ash_t2 ersetzt. Die abgeschätzte Menge an aufgefangener Asche lDPF,ash ist durch den in ash_t1 gespeicherten Wert gegeben, das heißt den kleineren der beiden Werte.
  • Der Wert der im DPF angesammelten Kohlenstoffbeladung kann dann berechnet werden als lDPF,Kohlnstoff = lDPF,filtered – lDPF,ash
  • Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst, und zwar in einer besonders effektiven und ökonomischen Weise.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Abschätzung der Menge an in einem Teilchenfilter (16, 16a, 16b) des Abgasweges (14) einer Brennkraftmaschine (10) angesammeltem inerten Material, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (A) Regeneration des Filters durch Erhöhung der Temperatur des in den Filter eintretenden Abgases auf ein Niveau, das ausreicht, die im Filter aufgefangenen und eine Gegendrucklast darstellenden, verbrennbaren Teilchen zu entzünden; (B) Bestimmung der nach der Regeneration verbleibenden Ladung im Teilchenfilter, wobei die verbleibende Ladung zu der angesammelten Menge des genannten inerten Materials im Filter in Beziehung steht; (C) sukzessive Wiederholung der Schritte (A)–(B), wobei Schritt (B) die Erfassung der minimalen Menge der verbleibenden Ladung enthält, welche über die sukzessive wiederholten Schritte bestimmt wurde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Einzelschritte: (A) Regeneration des Filters durch Erhöhung der Temperatur des in den Filter eintretenden Abgases auf ein Niveau, das ausreicht, die im Filter aufgefangenen und eine Gegendrucklast darstellenden, verbrennbaren Teilchen zu entzünden; (A') Detektion des Endpunktes von Schritt (A); (B) nach Abschluss des Schrittes (A'): Bestimmung der verbleibenden Ladung im Teilchenfilter, wobei die verbleibende Ladung zu der angesammelten Menge des genannten inerten Materials im Filter in Beziehung steht; (C) sukzessive Wiederholung der Schritte (A)–(B), wobei Schritt (B) die Erfassung der minimalen Menge der verbleibenden Ladung enthält, welche über die sukzessive wiederholten Schritte bestimmt wurde.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (A') durch Erfassung einer Änderung der Temperatur des durch den Filter (16, 16a, 16b) fließenden Abgases ausgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (B) durch Messung des Druckabfalls über den Filter (16, 16a, 16b) ausgeführt wird, nachdem der genannte Endpunkt in Schritt (A') detektiert wurde.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (A') durch Bestimmung der Änderungsrate der genannten gemessenen Gegendrucklast ausgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein Dieselmotor (10) ist.
  7. Verfahren zur Bestimmung der Menge an inertem, unverbrennbarem Material, welches sich in einem Teilchenfilter (16, 16a, 16b) für den Abgasweg (14) einer Brennkraftmaschine (10) angesammelt hat, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (A) wiederholte Messung der Gegendrucklast in dem Filter über ein vorgewähltes Intervall, wobei die Gegendrucklast aus der Ablagerung und Ansammlung sowohl brennbarer als auch der genannten inerten Materialien im Filter resultiert, wobei die Größe der genannten Gegendrucklast im Laufe der Zeit variiert, was teilweise ein Ergebnis einer periodischen Regeneration des genannten Filters ist; (B) Bestimmung der kleinsten in Schritt (A) über das genannte Intervall gemessenen Gegendrucklast, wobei die genannte kleinste bestimmte Gegendrucklast mit der angesammelten Menge an inertem Material in Beziehung steht.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (B) enthält: Speicherung wenigstens einiger der in Schritt (A) gemessenen Lasten in einem Speicher, und Auffrischen des genannten Speichers zu jedem Zeitpunkt, zu dem eine in Schritt (A) gemessene Last geringer als die aktuell im genannten Speicher gespeicherte Last ist, wodurch der Speicher die Speicherung des kleinsten Wertes der Last, die in Schritt (A) während des genannten Intervalls bestimmt wurde, aufrechterhält.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt der Aufzeichnung der Zeit während jener Zeitpunkte, zu denen der Speicher aufgefrischt wird.
  10. Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines Teilchenfilters (16, 16a, 16b) für eine Brennkraftmaschine (10), die aus der Ansammlung von unverbrennbaren Teilchen im genannten Filter über ein vorgewähltes Intervall resultiert, wobei die gesamte Beladung im genannten Filter sowohl unverbrennbare als auch brennbare Teilchen enthält, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (A) Bestimmung des Wertes der Beladung in dem Filter zu einem ersten Zeitpunkt während des genannten vorgewählten Intervalls; (B) Speicherung des in Schritt (A) bestimmten Wertes in einem Speicher; (C) Bestimmung des Wertes der Beladung im genannten Filter zu jedem von mehreren Zeitpunkten während des genannten Intervalls nach dem genannten ersten Zeitpunkt; (D) Vergleich der in Schritt (C) bestimmten Werte mit dem in Schritt (B) gespeicherten Wert; und (E) Auffrischen des genannten Speichers basierend auf dem in Schritt (D) durchgeführten Vergleich, wobei der im Speicher gespeicherte Wert am Ende des Intervalls die genannte Beladung an unverbrennbaren Teilchen repräsentiert.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (E) nur dann ausgeführt wird, wenn der in Schritt (D) ausgeführte Vergleich anzeigt, dass der zu einem nachfolgenden Zeitpunkt bestimmte Wert der Beladung geringer ist als ein zuvor gespeicherter Beladungswert.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch den Schritt der Speicherung eines Wertes der Motorbetriebszeit zu jedem Zeitpunkt, zu dem der genannte Speicher aufgefrischt wird.
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