DE102006024089A1

DE102006024089A1 - Verfahren zum Betreiben eines Rußpartikelfilters

Info

Publication number: DE102006024089A1
Application number: DE102006024089A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr.-Ing. Woiki
Original assignee: Purem Abgassysteme GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Unna GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2007-11-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Beladezustands eines in einem Abgasstrang (10) angeordneten Rußpartikelfilters (16), bei dem der Beladezustand aus einem Druckverlust (P_DPF) über dem Rußpartikelfilter (16) unter Berücksichtigung mindestens einer weiteren Größe bestimmt wird. Zusätzlich zur Bestimmung des Druckverlusts (P_DPF) über dem Rußpartikelfilter (16) wird ein Druckverlust (P_IS) über einer Referenzkomponente (14) im Abgasstrang (10) bestimmt, die unabhängig oder nur schwach abhängig von der Beladung des Rußpartikelfilters (16) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Rußpartikelfilters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Vermeidung unerwünschter Emissionen ist es bekannt, bei Dieselfahrzeugen Rußpartikelfilter einzusetzen. Mit zunehmendem Beladezustand des Rußpartikelfilters mit Ruß nimmt der Druckverlust über dem Rußpartikelfilter zu. Rußpartikelfilter werden regelmäßig regeneriert, indem der darin abgelagerte Ruß verbrannt wird. Zur Regeneration sind besonders hohe Abgastemperaturen erforderlich, häufig wird dazu zusätzlich Kraftstoff verbrannt. Gleichzeitig wird der Rußpartikelfilter bei der Regeneration thermisch stark belastet. Die Regeneration soll rechtzeitig, aber auch nicht unnötig häufig erfolgen, so dass die rechtzeitige Erkennung für den Regenerationsbedarf wünschenswert ist, besonders im Fahrzeugbetrieb. Der Druckverlust über dem Rußpartikelfilter alleine ist jedoch kein ausreichendes Kriterium zur Erkennung des Beladezustands, da dieser von verschiedenen Betriebsparametern abhängt, von denen der Abgasvolumenstrom ein wesentlicher Parameter ist.
Es ist bekannt, den Abgasvolumenstrom entweder aus Daten des Motorsteuergeräts zu ermitteln oder er kann in einer separa ten Prüfprozedur dargestellt werden, die jedoch nicht im Fahrbetrieb erfolgen kann.
Die EP 1 081 347 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen des Beladezustands, indem ein Algorithmus herangezogen wird, der den Beladezustand modelliert.
Aus der EP 0 411 445 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Beladezustand aus einem Geschwindigkeitssignal des Abgasstroms abgeleitet wird.
Ein weiteres Verfahren, mit dem der Beladezustand des Rußpartikelfilters erkannt werden kann, offenbart die DE 32 19 947 A1 . Der Differenzdruck über dem Rußpartikelfilter wird auf eine für die Abgasrate repräsentative Größe bezogen. Die repräsentative Größe ist die Abgasrate selbst oder die Menge des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffs und der zugeführten Luft. Der Differenzdruck und die für die Abgasrate repräsentative Größe sind in einem Kennfeld abgelegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem der Beladezustand eines Rußpartikelfilters auch unter Betriebsbedingungen sicher erkannt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Günstige Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung eines Beladezustands eines in einem Abgasstrang angeordneten Rußpartikelfilters wird der Beladezustand aus einem Druckverlust über dem Rußpartikelfilter unter Berücksichtigung mindestens einer weiteren Größe bestimmt, wobei zusätzlich zur Bestimmung des Druckverlusts über dem Rußpartikelfilter ein Druckverlust über einer Referenzkomponente im Abgasstrang bestimmt wird, die unabhängig oder nur schwach abhängig von der Beladung des Rußpartikelfilters ist. Die Referenzkomponente kann im Abgasstrang sowohl stromauf als auch stromab des Rußpartikelfilters angeordnet sein. Vorzugsweise wird sie vom gesamten, den Rußpartikelfilter durchströmenden Abgastsrom um- und/oder durchströmt. Vorteilhafterweise ist eine Referenzkomponente vorgesehen, die sich dadurch auszeichnet, dass eine oder mehrere ihrer strömungstechnischen Eigenschaften und/oder Kenngrößen unabhängig bzw. unbeeinflusst von der Beladung bzw. des Beladungszustands des Rußpartikelfilters sind. Insbesondere ist eine Referenzkomponente vorgesehen, deren Gegendruckverhalten und/oder Strömungswiderstand bei An- oder Durchströmung mit der durch den Rußpartikelfilter strömenden Abgasmenge unabhängig von der Beladung des Rußpartikelfilters sind. Der Beladezustand kann damit im Fahrbetrieb und in Prüfprozeduren sicher bestimmt werden, da direkte Wechselwirkungen zwischen der Referenzkomponente und der zu bestimmenden Beladung des Russpartikelfilters fehlen oder allenfalls schwach ausgeprägt sind.
Vorzugsweise wird aus dem Druckverlust über der Referenzkomponente ein interner Standard für die Relation von Druckverlust über dem Rußpartikelfilter und Beladezustand gebildet. Vorzugsweise erfolgt eine Ermittlung eines durch die Abgasströmung verursachten Differenzdrucks bzw. Druckverlusts sowohl über der Referenzkomponente als auch über dem Rußpartikelfilter und es werden die Druckwerte miteinander verglichen. Vorzugsweise erfolgt eine direkte Messung des jeweiligen Differenzdrucks bzw. Druckverlusts. Die Referenzkomponente fungiert dabei als interner Standard für die Relation von Druckverlust über dem Rußpartikelfilter und dessen Beladezustand. Da vorzugsweise lediglich Druckverhältnisse bewertet werden, kann zur Bestimmung des Beladezustands ohne Kenntnis des aktuellen Abgasvolumenstroms erfolgen. Die Ergebnisqualität wird jedoch unter zusätzlicher Berücksichtigung des Abgasvolumen- oder Abgasmassenstroms verbessert werden.
Zur Bestimmung des Beladezustands werden vorzugsweise nur Druckmesswerte berücksichtigt, bei der die Druckmessung an der Referenzkomponente einen minimalen Schwellwert überschreitet oder einen maximalen Schwellwert unterschreitet. Vorteilhaft ergibt sich, dass die Bestimmung des Beladezustands nur innerhalb eines zulässigen Bereichs des Abgasvolumenstroms erfolgt.
Alternativ oder zusätzlich kann der Druckverlust über dem Rußpartikelfilter analytisch als Funktion von Beladung, Abgasvolumenstrom und einem ersten Kalibrierfaktor beschrieben werden.
Dazu kann zweckmäßigerweise der Druckverlust über der Referenzkomponente analytisch als Funktion von Abgasvolumenstrom und einem zweiten Kalibrierfaktor beschrieben werden.
Schließlich kann die Rußbeladung aus der analytischen Funktion, die den Druckverlust über der Referenzkomponente beschreibt und der analytischen Funktion, die den Druckverlust über dem Rußpartikelfilter beschreibt, extrahiert werden.
Ist die Temperatur des Rußpartikelfilters und/oder der Referenzkomponente bekannt, kann diese vorteilhaft in die Bestimmung des Beladezustands einbezogen werden. Die Genauigkeit der Bestimmung kann dadurch erhöht werden.
Günstigerweise kann als Referenzkomponente ein Oxidationskatalysator herangezogen werden, der dem Rußpartikelfilter im Abgasstrang vorgeschaltet ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein.
Dabei zeigt die einzige Figur eine vereinfacht dargestellte bevorzugte Anordnung in einem Abgasstrang zur Bestimmung eines Beladezustands eines Rußpartikelfilters.
Anhand der Figur wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Beladezustands eines in einem Abgasstrang 10 eines Verbrennungsmotors 12 angeordneten Rußpartikelfilters 16 erläutert. Zwischen dem Rußpartikelfilter 16 und dem Verbrennungsmotor 12 ist beispielhaft eine als Oxidationskatalysator ausgebildete Referenzkomponente 14 angeordnet. Der Oxidationskatalysator oxidiert unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe, die aus dem Verbrennungsmotor 12 in den Abgasstrang 10 austreten und etwaige folgende, nicht weiter dargestellte katalytische Komponenten, etwa einen Entstickungskatalysator, schädigen könnten. Ein Druckverlust P_IS bzw. Abgasgegendruck über der Referenzkomponente 14 wird mittels Sensoren 20 und ein Druckverlust P_DPF über dem Rußpartikelfilter 16 mittels Sensoren 18 bestimmt. Eine Einheit 22 verwertet die Daten der Sensoren 18, 20. Neben dem Druckverlust P_DPF, P_IS können auch Temperaturdaten an geeigneten Positionen, etwa an dem Rußpartikelfilter 16 und/oder an der Referenzkomponente 14, erfasst und von der Einheit 22 verwertet werden. Gegebenenfalls werden diese Daten an ein Motorsteuergerät weitergeleitet, oder die Einheit 22 kann in das Motorsteuergerät integriert sein.
Die Referenzkomponente 14 zeichnet sich dadurch aus, dass sie unabhängig oder nur schwach abhängig von der Beladung des Rußpartikelfilters 16 ist. Ein Druckverlust P_IS über der Referenzkomponente 14 beschreibt unabhängig von der genauen Kenntnis des aktuellen Abgasvolumenstroms den Systemzustand des Abgastrakts 10 hinreichend genau, so dass dieser Druckverlust P_IS als Referenzwert verwendet werden kann. Der Druckverlust P_IS an der Referenzkomponente 14 stellt einen internen Standard IS dar für die Relation von Druckverlust P_DPF über dem Rußpartikelfilter 16 und dessen Beladezustand mit Ruß.
Für die Bestimmung des Beladezustands des Rußpartikelfilters 16 werden in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung für die Berechnung nur Druckmesswerte berücksichtigt, bei denen die Druckmessung an der Referenzkomponente 14 einen minimalen Schwellwert überschreitet oder einen maximalen Schwellwert unterschreitet. Dadurch ist sichergestellt, dass die Bestimmung des Beladezustands nur innerhalb eines zulässigen Bereichs des Abgasvolumenstroms erfolgt.
Alternativ oder zusätzlich kann der Druckverlust P_DPF über dem Rußpartikelfilter 16 analytisch als Funktion von Beladung, Abgasvolumenstrom und einem ersten Kalibrierfaktor beschrieben werden:
P_DPF = f(Rußbeladung, Abgasvolumenstrom, Kalibrierfaktor_1).
Für den internen Standard IS kann der Druckverlust P_IS über der Referenzkomponente 14 ebenfalls analytisch als Funktion von Abgasvolumenstrom und einem zweiten Kalibrierfaktor beschrieben werden:
P_IS = f(Abgasvolumenstrom, Kalibrierfaktor_2).
Die Rußbeladung kann aus der analytischen Funktion, die den Druckverlust P_IS über der Referenzkomponente 14 beschreibt und der analytischen Funktion, die den Druckverlust P_DPF über dem Rußpartikelfilter 16 beschreibt, extrahiert werden:
Rußbeladung = f(Kalibrierfaktor_i, P_DPF, P_IS), wobei der Kalibrierfaktor_i sich aus der Umrechnung der Funktionen P_DPF und P_IS ergibt.
Wird zusätzlich die Temperatur des Rußpartikelfilters 16 und/oder der Referenzkomponente 14 erfasst, können die Gleichungen um diese Größe erweitert werden und die Genauigkeit der Methode bei der Bestimmung des Beladezustands erhöht werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Beladezustands eines in einem Abgasstrang (10) angeordneten Rußpartikelfilters (16), bei dem der Beladezustand aus einem Druckverlust (P_DPF) über dem Rußpartikelfilter (16) unter Berücksichtigung mindestens einer weiteren Größe bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Bestimmung des Druckverlusts (P_DPF) über dem Rußpartikelfilter (16) ein Druckverlust (P_IS) über einer Referenzkomponente (14) im Abgasstrang (10) bestimmt wird, die unabhängig oder nur schwach abhängig von der Beladung des Rußpartikelfilters (16) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem von Druckverlust (P_IS) über der Referenzkomponente (14) ein interner Standard für eine Relation Druckverlust (P_DPF) über dem Rußpartikelfilter (16) und Beladezustand gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Beladezustands nur Druckmesswerte berücksichtigt werden, bei der die Druckmessung an der Referenzkomponente (14) einen minimalen Schwellwert überschreitet oder einen maximalen Schwellwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Beladezustands nur innerhalb eines zulässigen Bereichs des Abgasvolumenstroms erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlust (P_DPF) über dem Rußpartikelfilter (16) analytisch als Funktion von Beladung, Abgasvolumenstrom und einem ersten Kalibrierfaktor beschrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlust (P_IS) über der Referenzkomponente (14) analytisch als Funktion von Abgasvolumenstrom und einem zweiten Kalibrierfaktor beschrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußbeladung aus der analytischen Funktion, die den Druckverlust (P_IS) über der Referenzkomponente (14) beschreibt und der analytischen Funktion, die den Druckverlust (P_DPF) über dem Rußpartikelfilter (16) beschreibt, extrahiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Rußpartikelfilters (16) und/oder der Referenzkomponente (14) erfasst wird und in die Bestimmung des Beladezustands einbezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzkomponente (14) ein Oxidationskatalysator herangezogen wird.