DE102007042420A1 - Particle filter i.e. diesel particle filter, state estimation and monitoring method for motor vehicle, involves converting characteristic of unloaded filter to temperature-independent differential pressure flow rate characteristic - Google Patents

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Abstract

The method involves converting a characteristic of an unloaded particle filter to a temperature-independent differential pressure flow rate characteristic to determine or monitor a parameter of the particle filter. The characteristic is determined at a regeneration phase of the particle filter. The characteristic is compared with a reference characteristic for monitoring defect in the particle filter. The characteristic determined after an intake phase of the particle filter, is consulted as a reference characteristic. Dropping in the characteristic is rated as defect of the particle filter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselpartikelfilters einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges.The The invention relates to a method for monitoring a Particulate filter, in particular a diesel particulate filter one Exhaust system of a motor vehicle.

Die von einem Motor, insbesondere einem Dieselmotor, emittierten Rußpartikel können mittels eines Partikelfilters, insbesondere mittels eines Dieselpartikelfilters effizient aus dem Abgas entfernt werden. Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Partikelfilters wird üblicherweise ein Zustand des Partikelfilters während des Betriebs des Motors fortlaufend überwacht. Die Überwachung des Partikelfilters kann anhand einer Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie erfolgen, welche unter anderem abhängig ist von der Temperatur. Diese Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie des Partikelfilters weist herstellungsbedingt eine Bauteiltoleranz in Höhe von +/– 10% auf. Bei Verwendung eines Differenzdrucksensors ist durch dessen Messtoleranzen eine weitere Unsicherheit gegeben. Ferner unterliegt der Partikelfilter einem ständigen Alterungsprozess und einer Asche- und Rußeinlagerung, wodurch sich der Filterwiderstand und damit die den Partikelfilter charakterisierende Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie fortlaufend ändern.The from a motor, in particular a diesel engine, emitted soot particles can by means of a particulate filter, in particular by means of of a diesel particulate filter are efficiently removed from the exhaust gas. To check the functionality of the particulate filter will usually be a state of Particle filter continuously monitored during operation of the engine. The monitoring of the particulate filter can be based on a differential pressure-volumetric flow characteristic take place, which among other things depends on the temperature. This differential pressure-volume flow characteristic of the particulate filter Due to its production, it has a component tolerance in height of +/- 10%. When using a differential pressure sensor is given by the measuring tolerances another uncertainty. Furthermore, the particle filter is subject to a constant aging process and an ash and Rußeinlagerung, whereby the filter resistance and thus the differential pressure-volume flow characteristic characterizing the particle filter to change continuously.

Aus dem SAE-Paper 2003-01-0846 ist bekannt, eine Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie durch eine Gleichung anzunähern, in der die Druckdifferenz als Funktion der Temperatur und des Volumenstroms dargestellt ist. Als Eingangsgrößen dienen dabei unter anderem die temperaturabhängigen Größen dynamische Abgasviskosität μ(T) und Abgasdichte ρ(T). Die Gleichung enthält weiterhin Parameter, die sich aus Geometrie und Beschichtung des Partikelfilters ergeben, aufgrund der herstellungsbedingten Toleranzen jedoch nicht konstant vorgegeben werden können. Zur Parametrierung ist es daher erforderlich, Differenzdruck, Volumenstrom und Temperatur an einer genügend großen Anzahl von Stützstellen zu ermitteln. Das ist jedoch nur unter definierten Bedingungen, zum Beispiel auf einem Prüfstand, möglich.Out The SAE paper 2003-01-0846 is known, a differential pressure-volume flow characteristic by approximating an equation in which the pressure difference is shown as a function of the temperature and the volume flow. Among others, these are input variables the temperature-dependent variables dynamic Exhaust viscosity μ (T) and exhaust gas density ρ (T). The equation also contains parameters that are different Geometry and coating of the particulate filter result, due However, the manufacturing tolerances not constantly specified can be. For parameterization, it is therefore necessary Differential pressure, volume flow and temperature at one enough large number of reference points. The is however only under defined conditions, for example on one Test bench, possible.

Aus der DE 102 48 431 A1 ist weiterhin ein Verfahren zur Erkennung der Beladung eines Partikelfilters, insbesondere eines Partikelfilters zur Filterung der Abgase einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem eine den Strömungswiderstand des Partikelfilters charakterisierende Größe ausgehend von der Temperatur im Partikelfilter und vom Druck im Partikelfilter bestimmt wird, und aus dem Strömungswiderstand auf die Beladung des Partikelfilters geschlossen wird. Die Temperatur im Partikelfilter wird bestimmt, indem von Temperatursensoren vor und hinter dem Partikelfilter erfasste Temperaturen mit Hilfe eines Modells umgerechnet werden. Zur Bestimmung des Drucks im Partikelfilter wird eine Druckdifferenz über den Partikelfilter bestimmt und der Druck im Abgasstrang nach dem Partikelfilter gemessen oder berechnet.From the DE 102 48 431 A1 Furthermore, a method for detecting the loading of a particulate filter, in particular a particulate filter for filtering the exhaust gases of an internal combustion engine is known, in which a variable characterizing the flow resistance of the particulate filter is determined based on the temperature in the particulate filter and the pressure in the particulate filter, and from the flow resistance the load of the particulate filter is closed. The temperature in the particulate filter is determined by converting temperatures detected by temperature sensors in front of and behind the particulate filter using a model. To determine the pressure in the particle filter, a pressure difference across the particle filter is determined and the pressure in the exhaust gas line is measured or calculated downstream of the particle filter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Fehlerdiagnose und Beladungsschätzung eines Partikelfilters bereitzustellen.Of the Invention is based on the object, an improved method for fault diagnosis and load estimation of a particulate filter provide.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.The The object is achieved by the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.advantageous Further developments of the invention are the subject of the dependent Claims.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselpartikelfilters einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, wird eine einen zumindest weitgehend unbeladenen Partikelfilter charakterisierende, temperaturabhängige Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie (K(T)) in eine temperaturunabhängige Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie (K) umgewandelt, mittels derer mindestens ein Parameter (P1 bis Pn) des Partikelfilters bestimmt und/oder überwacht wird. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, die Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie des Partikelfilters als Betriebskennlinie fortlaufend zu überwachen und an den Alterungsprozess anzupassen.At the inventive monitoring method a particulate filter, in particular a diesel particulate filter an exhaust system of a motor vehicle, an at least largely uncharged particle filter characterizing, temperature-dependent Differential pressure-volume flow characteristic (K (T)) in a temperature-independent Differential pressure-volume flow characteristic (K) converted by means of which at least one parameter (P1 to Pn) of the particulate filter determined and / or monitored. The invention is based on the consideration off, the differential pressure-volume flow characteristic of the particulate filter as an operating characteristic continuously monitor and on to adapt to the aging process.

Der Differenzdruck oder Druckverlust eines Partikelfilters ist abhängig von den Größen Volumenstrom und Temperatur sowie von weiteren, den Zustand des Partikelfilters beschreibenden Größen. In einem ersten Schritt wird zunächst eine Kennlinie eines zumindest weitgehend unbeladenen Partikelfilters ermittelt. Diese temperaturabhängige Kennlinie des Partikelfilters wird durch eine Umrechnung der Eingangsgrößen Differenzdruck und Volumenstrom in eine temperaturunabhängige Form gebracht, die im Betrieb einfach eingelernt werden kann. Dazu werden die Eingangsgrößen mit Hilfe weiterer, gleichzeitig aufgenommener Messgrößen in skalierte, temperaturunabhängige Werte umgewandelt, aus denen sich nachfolgend eine zweiparametrische, temperaturunabhängige Differenzdruck-Volumenstrom Kennlinie ermitteln lässt.Of the Differential pressure or pressure drop of a particulate filter is dependent of the variables volumetric flow and temperature as well of other, the state of the particulate filter descriptive sizes. In a first step, a characteristic curve of a determined at least largely unladen particle filter. This temperature dependent Characteristic of the particle filter is by a conversion of the input variables Differential pressure and flow in a temperature independent Brought form that can be easily learned during operation. To are the input quantities with the help of further, simultaneously recorded quantities in scaled, temperature-independent values are converted, which make up below a two-parametric, temperature-independent Differential pressure flow rate characteristic curve can be determined.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die temperaturunabhängige Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie im Anschluss an eine Regenerationsphase des Partikelfilters bestimmt. Auf diese Weise lassen sich temperaturunabhängige Kennlinien über den Lebenszyklus des Partikelfilters hinweg bei vergleichbaren Beladungszuständen ermitteln. Durch einen Vergleich von im Anschluss an unterschiedliche Regenerationsphasen ermittelte Kennlinien lassen sich insbesondere Aussagen über ein langfristiges Alterungsverhalten des Partikelfilters treffen. Durch Kennlinienvergleich mit Grenzkennlinien oder Vorgängerkennlinien beziehungsweise durch Überwachung aktuell erfasster Messgrößen anhand der aktuellen Kennlinie kann ein Defekt des Partikelfilters detektiert werden.In one embodiment of the invention, the temperature-independent differential pressure-volume flow characteristic is determined following a regeneration phase of the particulate filter. Read in this way Temperature-independent characteristics can be determined over the life cycle of the particulate filter at comparable load conditions. By comparing characteristic curves determined after different regeneration phases, it is possible in particular to make statements about a long-term aging behavior of the particulate filter. By a characteristic comparison with limit characteristics or predecessor characteristic curves or by monitoring of currently detected measured variables on the basis of the current characteristic curve, a defect of the particle filter can be detected.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als ein Parameter (P1 bis Pn) eines beladenen Partikelfilters anhand der temperaturunabhängigen Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie eine momentane, den beladenen Partikelfilter beschreibende Rußmasse (mSoot) ermittelt. Die Rußmasse kann beispielsweise durch einen Vergleich einer Kennlinie des Partikelfilters in einem unbeladenen Zustand (Leerkennlinie) mit einer aktuellen Kennlinie des beladenen Partikelfilters ermittelt werden. Alternativ kann die Rußmasse durch Auswertung der Differenz zwischen einem mit Hilfe der Leerkennlinie berechneten Soll-Differenzdruck eines unbeladenen Partikelfilters und einem gemessenen Ist-Differenzdruck oder in einer anderen geeigneten Art und Weise bestimmt werden.In a further embodiment of the invention, a momentary soot mass (m soot ) describing the loaded particulate filter is determined as a parameter (P1 to Pn) of a loaded particulate filter on the basis of the temperature-independent differential pressure-volumetric flow characteristic. The soot mass can be determined, for example, by comparing a characteristic curve of the particulate filter in an unloaded state (empty characteristic curve) with a current characteristic curve of the loaded particulate filter. Alternatively, the soot mass may be determined by evaluating the difference between a desired differential pressure of an unloaded particulate filter calculated using the idle characteristic and a measured actual differential pressure, or in another suitable manner.

Je nach Art, Funktion, Aufbau und Ausgestaltung des Partikelfilters können ferner weitere den betreffenden Partikelfilter repräsentierende Parameter bestimmt werden.ever on the type, function, structure and design of the particulate filter can also further representing the relevant particulate filter Parameters are determined.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.embodiments The invention will be explained in more detail with reference to a drawing.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 schematisch ein Prinzipbild für ein Verfahren zur kennliniengeführten Überwachung eines Partikelfilters, 1 schematically a schematic diagram of a method for the characteristic-based monitoring of a particulate filter,

2 eine Darstellung der Umwandlung der temperaturabhängigen Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie in eine temperaturunabhängige Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie. 2 a representation of the conversion of the temperature-dependent differential pressure-volume flow characteristic curve in a temperature-independent differential pressure-volume flow characteristic.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zur kennliniengeführten Überwachung eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselpartikelfilters (auch kurz DPF genannt) eines Dieselmotors. Das Verfahren kann dabei als ein softwarebasiertes Funktionsmodul in einem Steuergerät eines Fahrzeugs, z. B. im Motorsteuergerät oder in einem Steuergerät zur Abgasaufbereitung und -überwachung, implementiert sein. 1 shows an embodiment of the inventive method for the characteristic-guided monitoring of a particulate filter, in particular a diesel particulate filter (also called DPF for short) of a diesel engine. The method can be used as a software-based functional module in a control unit of a vehicle, for. B. in the engine control unit or in a control unit for the exhaust gas treatment and monitoring, be implemented.

Mittels des Verfahrens wird der Partikelfilter fortlaufend im Betrieb überwacht, insbesondere wird mindestens ein Parameter P1 bis Pn, z. B. eine Beladung, insbesondere eine Ruß- und/oder Aschebeladung, und/oder der momentane Betriebszustand bzw. die Funktionsfähigkeit des Partikelfilters bestimmt und überwacht.through of the method, the particle filter is continuously monitored during operation, In particular, at least one parameter P1 to Pn, z. Legs Loading, in particular a soot and / or ash charge, and / or the current operating state or the functionality of the particulate filter determined and monitored.

Die kennliniengeführte Überwachung und Analyse, insbesondere zur Beladungserkennung und/oder Fehlerdiagnose geht aus von einer den Partikelfilter repräsentierenden temperaturabhängigen Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie K(T), durch die der Druckabfall über dem Partikelfilter (und somit der Differenzdruck ΔP zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck des Partikelfilters) in Abhängigkeit von dem Abgasvolumenstrom Q und der Temperatur T im Partikelfilter dargestellt ist.The characteristic-based monitoring and analysis, in particular for load detection and / or fault diagnosis is based on a the temperature-dependent particulate filter Differential pressure-volume flow characteristic K (T), through which the pressure drop across the particulate filter (and thus the differential pressure ΔP between Input and output pressure of the particulate filter) depending from the exhaust gas volume flow Q and the temperature T in the particulate filter is shown.

Im Detail wird mittels eines vorgebbaren Schätzalgorithmus eine Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie K des rußfreien Partikelfilters in einer temperaturunabhängigen Form ermittelt gemäß: ΔP ~ = A·Q ~ + B·Q ~2 [1]wobei der Differenzdruck ΔP und der (Abgas-)Volumenstrom Q skaliert werden gemäß: ΔP ~ = ΔP·ρ/μ2 und [2] Q ~ = Q·ρ/μ [3]mit Q = Volumenstrom, ΔP = Differenzdruck, ρ = Abgasdichte, μ = dynamische Abgasviskosität, A, B = Parameter der temperaturunabhängigen Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie des Dieselpartikelfilters.In detail, a differential pressure-volume flow characteristic K of the soot-free particulate filter in a temperature-independent form is determined by means of a predefinable estimation algorithm according to: ΔP ~ = A · Q + + B · Q ~ 2 [1] wherein the differential pressure ΔP and the (exhaust) volumetric flow Q are scaled according to: ΔP ~ = ΔP · ρ / μ 2 and [2] Q ~ = Q · ρ / μ [3] with Q = volumetric flow, ΔP = differential pressure, ρ = exhaust gas density, μ = dynamic exhaust gas viscosity, A, B = Para meter of the temperature-independent differential pressure-volume flow characteristic of the diesel particulate filter.

In einem ersten Schritt 1 werden die Messgrößen ΔP, Q, T und ρ erfasst, die zur Schätzung der Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie K(T) erforderlich sind. In einem zweiten Schritt 2 werden die Messgrößen ΔP und Q gemäß den Gleichungen [2] und [3] skaliert, um die Kennlinie in ihrer temperaturunabhängi gen Form [1] schätzen zu können. Die dynamische Abgasviskosität μ wird dabei aus der Temperatur T nach der Formel μ = μ0·(T/T0)υ berechnet.In a first step 1 the measured quantities ΔP, Q, T and ρ are detected, which are required to estimate the differential pressure-volume flow characteristic K (T). In a second step 2 the measured quantities ΔP and Q are scaled according to equations [2] and [3] in order to be able to estimate the characteristic in its temperature-independent form [1]. The dynamic exhaust gas viscosity μ is calculated from the temperature T according to the formula μ = μ 0 · (T / T 0 ) υ .

In einem dritten Schritt 3 wird aus den skalierten Messwerten P ~ und Q ~ die Kennlinie K in einer temperaturunabhängigen Form [1] mittels einer Schätzung gebildet. Dies geschieht mit Hilfe eines geeigneten Schätzalgorithmus wie beispielsweise einem rekursiven Kalman-Filter. Der dritte Schritt 3 wird vorzugsweise nach einer Regeneration durchgeführt, da dann der Partikelfilter weitgehend rußfrei ist und somit vergleichbare Zustände vorliegen; er kann zur Bestimmung der verschiedenen Parameter P1 ... Pn aber auch mit anderen Randbedingungen, also zum Beispiel in einem teilweise beladenen Zustand des Partikelfilters, zum Einsatz kommen. Die ermittelte temperaturunabhängige Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie des rußfreien Filters wird zur Fehlerdiagnose und Analyse des Partikelfilters verwendet.In a third step 3 the characteristic K in a temperature-independent form [1] is formed from the scaled measured values P ~ and Q ~ by means of an estimation. This is done using a suitable estimation algorithm, such as a recursive Kalman filter. The third step 3 is preferably carried out after a regeneration, since then the particulate filter is largely soot-free and therefore comparable conditions are present; it can also be used to determine the various parameters P1... Pn with other boundary conditions, that is, for example, in a partially loaded state of the particulate filter. The determined temperature-independent differential pressure-volume flow characteristic of the soot-free filter is used for fault diagnosis and analysis of the particulate filter.

In einem modifizierten Ausführungsbeispiel werden die geschätzten Kennlinienparameter A, B vor einer Freigabe einer Parameterprüfung unterzogen (in 1 nicht dargestellt). Dabei wird geprüft, ob die Werte bestimmte, physikalisch sinnvolle Grenzen wie A > 0 einhalten oder ob die Qualität des Schätzergebnisses (Varianz) gewisse Mindestanforderungen erfüllt. Abhängig vom Prüfungsergebnis werden die Kennlinienparameter A, B zur Verwendung in dem nachfolgend erläuterten vierten Schritt 4 bis siebten Schritt 7 freigegeben.In a modified embodiment, the estimated characteristic parameters A, B are subjected to a parameter check (in 1 not shown). It checks whether the values comply with certain, physically sensible limits such as A> 0 or whether the quality of the estimated result (variance) meets certain minimum requirements. Depending on the test result, the characteristic parameters A, B for use in the fourth step explained below 4 to seventh step 7 Approved.

In einem vierten Schritt 4 erfolgt eine Bewertung des Ergebnisses der Schätzung und der Kennlinie im Hinblick auf möglich Defekte des Filters. Dazu werden vorteilhaft Referenz kennlinien herangezogen, zum Beispiel eine Kennlinie, die bei der vorhergehenden Schätzung ermittelt wurde oder eine „Neukennlinie", also eine zu einem sehr frühen Zeitpunkt aufgenommenen Kennlinie. Eine Neukennlinie kann beispielsweise an einem neuen Partikelfilter direkt nach einer Einlaufphase (Degreening) und damit praktisch noch ohne relevanten Ascheanteil ermittelt und gespeichert sein. Auch Grenzkennlinien können als Referenzkennlinien vorgesehen sein, zum Beispiel eine so genannte „Worstcase"-Kennlinie, die zur Erfüllung der geforderten Diagnoseanforderungen nie unter- oder überschritten werden darf.In a fourth step 4 an evaluation of the result of the estimation and the characteristic with regard to possible defects of the filter takes place. Reference curves are advantageously used for this purpose, for example a characteristic curve which was determined in the preceding estimation or a "new characteristic curve", ie a characteristic recorded at a very early point in time. In addition, limit characteristic curves can be provided as reference characteristic curves, for example a so-called "worst case" characteristic which must never be exceeded or exceeded in order to meet the required diagnostic requirements.

Ein deutliches Abfallen der Kennlinie im Vergleich zur Vorgängerkennlinie wird als Bruch des Partikelfilters und somit als defekter Partikelfilter gewertet. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel wird eine Fehlermeldung erst bei mehrfachem Auftreten des Fehlers ausgegeben (Entprellen). Ein sehr starkes Abfallen der Kennlinie oder ein Unterschreiten der „Worstcase"-Kennlinie wird hingegen als ein sicherer Bruch erkannt und somit unmittelbar als Defekt bewertet und ausgegeben (Parameter P1).One significant drop in the characteristic compared to the predecessor characteristic becomes as a fraction of the particle filter and thus as a defective particle filter scored. In a modified embodiment is an error message is issued only when the error occurs repeatedly (Debouncing). A very strong drop of the characteristic or falling below the "worst case" characteristic, on the other hand, is considered to be safer Break detected and thus immediately evaluated as a defect and spent (Parameter P1).

Zur dauernden Überwachung des Partikelfilters wird in einem fünften Schritt 5 aus den Parametern A, B und dem skalierten Volumenstrom Q ~ ein erwarteter skalierter Differenzdruck dPskal_empty (Sollwert) des leeren Filters berechnet als dPskal_empty = A·Q ~ + B·Q ~2. Der erwartete skalierte Differenzdruck wird verglichen mit einem gemäß der Formel ΔP ~ = ΔP·ρ/μ2 aus Messwerten berechneten skalierten Differenzdruck (Istwert). Der aus Messwerten berechnete skalierte Differenzdruck streut um den erwarteten skalierten Differenzdruck aufgrund von Messfehlern und Phasenverschiebungen zwischen dem im Steuergerät modellierten Volumenstrom und dem gemessenen Differenzdruck. Wenn das Verhältnis von Istwert zu Sollwert unterhalb einer Grenze liegt und der Fehler über mehrere Messzyklen anliegt, wird auf einen Fehler erkannt.For continuous monitoring of the particulate filter is in a fifth step 5 from the parameters A, B and the scaled volume flow Q ~ an expected scaled differential pressure dP scal_empty (setpoint) of the empty filter is calculated as dP skal_empty = A · Q ~ + B · Q ~ 2 , The expected scaled differential pressure is compared with a scaled differential pressure (actual value) calculated according to the formula ΔP ~ = ΔP · ρ / μ2 from measured values. The scaled differential pressure calculated from readings scatters the expected scaled differential pressure due to measurement errors and phase shifts between the volume flow modeled in the controller and the measured differential pressure. If the ratio of actual value to setpoint is below a limit and the error is present over several measuring cycles, an error is detected.

In einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann aus den Parametern A, B und den vorhandenen Eingangswerten gemäß der nachfolgend noch näher erläuterten temperaturabhängigen Kennlinie des rußfreien Partikelfilters ΔPleer = A·μ(T)·Q + B·ρ(T)·Q2 auch ein erwarteter unskalierter, also temperaturabhängiger, Differenzdruck berechnet und mit einem gemessenen tatsächlichen Differenzdruck ΔP verglichen werden. Auf einen Fehler wird erkannt, wenn ΔP den erwarteten Wert ΔPleer um eine vorher festgelegte Toleranzgrenze unterschreitet.In a modified exemplary embodiment, the parameters A, B and the existing input values can also be expected according to the temperature-dependent characteristic curve of the soot-free particle filter ΔP empty = A ·μ (T) .Q + B ·ρ (T) .Q 2 unscaled, so temperature-dependent, differential pressure is calculated and compared with a measured actual differential pressure .DELTA.P. An error is detected if ΔP falls below the expected value ΔP empty by a previously defined tolerance limit.

In einem sechsten Schritt 6 lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine Ascheeinlagerung abschätzen, indem die aktuelle Kennlinie mit einer „Neukennlinie", also einer zu einem sehr frühen Zeitpunkt aufgenommenen Kennlinie verglichen wird, beispielsweise mit einer an dem noch neuen Partikelfilter direkt nach einer Einlaufphase (Degreening) und damit praktisch noch ohne relevanten Ascheanteil ermittelten und gespeicherten Kennlinie.In a sixth step 6 With the method according to the invention, it is also possible to estimate ash deposition by comparing the current characteristic curve with a "new characteristic", ie a characteristic recorded at a very early point in time, for example with one on the still new particle filter directly after a start-up phase (Degreening) and thus Practically still without relevant ash content determined and stored characteristic.

Bei einer Verschiebung der Kennlinie K gegenüber der Neukennlinie nach oben wird auf eine zunehmende Ascheablagerung erkannt. Eine starke Verschiebung der Kennlinie repräsentiert einen möglicherweise verstopften und somit nicht funktionsfähigen Partikelfilter.at a shift of the characteristic K with respect to the new characteristic upward is recognized on an increasing ash deposition. A strong shift of the characteristic represents a possibly clogged one and thus non-functional particle filter.

In einem siebten Schritt 7 lässt sich ein Russeintrag msoot mit Hilfe einer aktuellen Kennlinie und der aktuellen Messda ten abschätzen. Wird in einem Vergleich 8 ein Referenzwert 9 überschritten, so wird nachfolgend eine Regeneration initiiert.In a seventh step 7 can be a Russeintrag m soot estimate using a current curve and the current Messda th. Will in a comparison 8th a reference value 9 exceeded, then a regeneration is initiated below.

In einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann für den fünften Schritt 5 und/oder den siebten Schritt 7 zuvor eine zeitliche Filterung der Parameteränderungen erfolgen, durch die ein geglätteter Ausgleich zwischen den alten und den neuen Parametern sichergestellt ist.In a modified embodiment, for the fifth step 5 and / or the seventh step 7 previously a temporal filtering of the parameter changes take place, by which a smoothed balance between the old and the new parameters is ensured.

Nachfolgend sind im Detail die Beziehungen zur Ermittlung der skalierten Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie mit den Kennlinienparametern A und B erläutert.following are the relationships for determining the scaled differential pressure-volume flow characteristic in detail explained with the characteristic parameters A and B.

Ein Druckverlust eines leeren Partikelfilters (w = 0, w = Dicke der Rußablagerung) kann beschrieben werden gemäß:

Figure 00100001
mit Q = Volumenstrom, ΔPleer = Differenzdruck eines unbeladenen rußfreien Partikelfilters, ws = Filterwanddicke, α = Filterzellengröße, β = Forchheimer Koeffizient in einer porösen Wand, ζ = Korrekturfaktor, ρ = Abgasdichte, μ = dynamische Abgasviskosität, VTrap = effektives Filtervolumen, L = Filterlänge, F = Konstante, kw = Permeabilität Filterwand.A pressure drop of an empty particulate filter (w = 0, w = thickness of soot deposit) can be described according to:
Figure 00100001
with Q = volumetric flow, ΔP empty = differential pressure of an unloaded soot-free particulate filter, w s = filter wall thickness, α = filter cell size, β = Forchheimer coefficient in a porous wall, ζ = correction factor, ρ = exhaust gas density, μ = dynamic exhaust gas viscosity, V Trap = effective filter volume , L = filter length, F = constant, k w = filter wall permeability.

Durch Zusammenfassung der jeweiligen Konstanten ergibt sich eine einfache weiterhin temperaturabhängige und volumenstromabhängige Funktion gemäß: ΔPleer = A·μ(T)·Q + B·ρ(T)·Q2 [5]mit A, B = Parameter der Kennlinie des rußfreien Filters.By combining the respective constants, a simple further temperature-dependent and volume-flow-dependent function results according to: .DELTA.P empty = A · μ (T) · Q + B · ρ (T) · Q 2 [5] with A, B = parameter of the characteristic of the soot-free filter.

Durch Erweiterung der Funktion mit ρ(T)/μ(T)2 [6]ergibt sich die temperaturunabhängige Kennlinie K gemäß: ΔP ~ = A·Q ~ + B·Q ~2 [7]mit ΔP ~ = ΔP·ρ/μ2 und [8] Q ~ = Q·ρ/μ [9]mit Q = Volumenstrom, ΔP = Differenzdruck, ρ = Abgasdichte, μ = dynamische Abgasviskosität, A, B = Parameter der Kennlinie K.By extending the function with ρ (T) / μ (T) 2 [6] results in the temperature-independent characteristic K according to: ΔP ~ = A · Q + + B · Q ~ 2 [7] With ΔP ~ = ΔP · ρ / μ 2 and [8] Q ~ = Q · ρ / μ [9] with Q = volumetric flow, ΔP = differential pressure, ρ = exhaust gas density, μ = dynamic exhaust gas viscosity, A, B = parameter of the characteristic K.

Damit können aus einem Satz gemessener Filterkenngrößen – Volumenstrom Q, Differenzdruck ΔP, Abgasdichte ρ und Temperatur T – die Parameter A, B bestimmt werden.In order to can consist of a set of measured filter characteristics - volume flow Q, differential pressure ΔP, exhaust gas density ρ and temperature T - the parameters A, B are determined.

Im Folgenden ist im Detail die Abschätzung der Kennlinie eines beladenen Partikelfilters näher beschrieben.in the The following is the estimation of the characteristic of a loaded particulate filter described in more detail.

Der Druckverlust des beladenen Partikelfilters (w > 0) setzt sich zusammen aus dem Anteil des leeren Filters (ΔPleer) und dem russabhängigen Anteil (ΔPSoot). Die Summe kann wie folgt beschrieben werden:

Figure 00110001
The pressure loss of the loaded particulate filter (w> 0) is made up of the proportion of the empty filter (ΔP empty ) and the soot-dependent fraction (ΔP soot ). The sum can be described as follows:
Figure 00110001

Nach der Literatur (vergleiche zum Beispiel SAE-Paper 2003-01-0846) lässt sich die Russdicke abschätzen gemäß

Figure 00120001
According to the literature (see, for example, SAE paper 2003-01-0846), the soot thickness can be estimated according to
Figure 00120001

Durch Einsetzen der Gleichung [11] in Gleichung [10] und Linearisierung mit Hilfe einer Taylorreihenentwicklung ergibt sich die folgende Gleichung:

Figure 00120002
By substituting equation [11] into equation [10] and linearizing using a Taylor series expansion, the following equation results:
Figure 00120002

Aus einem Vergleich von [10] und [12] lässt sich ein rußbedingter Differenzdruckanteil ΔPSoot bestimmen zu ΔPsoot = C·msoot·μ(T)·Q. [13]mit mSoot = Rußmasse, C = Parameter für die Rußbeladung des Partikelfilters.From a comparison of [10] and [12], a soot-related differential pressure component ΔP Soot can be determined .DELTA.P soot = C · m soot · Μ (t) * Q. [13] with m soot = soot mass, C = parameter for soot loading of the particulate filter.

Die temperaturunabhängige Kennlinie K lässt sich wie folgt beschreiben: ΔP ~ = (A + C·mSoot)·Q ~ + B·Q ~2. [12] The temperature-independent characteristic curve K can be described as follows: ΔP ~ = (A + C · m soot ) · Q ~ + B · Q ~ 2 , [12]

Anhand der ermittelten temperaturunabhängigen Kennlinie K kann die Rußbeladung in Abhängigkeit vom Filtertyp gemäß C·mSoot geschätzt werden.On the basis of the determined temperature-independent characteristic curve K, the soot load can be estimated as a function of the filter type in accordance with C · m soot .

Die Ungenauigkeit der Ermittlung der Rußbeladung aufgrund des Filterfaktors C kann dabei reduziert werden, indem geeignete Randbedingungen, wie z. B. betriebswarmer Partikelfilter oder keine so genannten CRT-Effekte, eingestellt werden, wodurch die Werte der Rußdichte ρSoot und der Rußpermeabilität ksoot konstant sind. Trotz der Ungenauigkeiten ist mittels der temperaturunabhängigen Kennlinie K gemäß [12] eine einfache Rußschätzung gegeben, die bei kleinem Parametrierungsaufwand eine hohe Genauigkeit aufweist.The inaccuracy of the determination of the soot load due to the filter factor C can be reduced by appropriate boundary conditions such. As operating particle filter or no so-called CRT effects, are adjusted, whereby the values of the soot density ρ Soot and the soot permeability k soot are constant. Despite the inaccuracies, a simple soot estimation is given by means of the temperature-independent characteristic K according to [12], which has a high accuracy with a small parameterization effort.

2 enthält eine Darstellung der Umwandlung einer temperaturabhängigen Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie K(T) in eine temperaturunabhängige Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie K. 2 contains a representation of the conversion of a temperature-dependent differential pressure-volume flow characteristic K (T) in a temperature-independent differential pressure-volume flow characteristic K.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch das Einlernen und regelmäßig wiederholte Anpassen der aus der temperaturabhängigen Kennlinie für einen leeren Partikelfilter abgeleiteten temperaturunabhängigen Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie die Überwachung des Partikelfilters im laufenden Betrieb unter Berücksichtigung des Alterungszustandes und der momentanen Ruß- oder Aschebeladung des Partikelfilters möglich ist. Hierdurch ist ein besonders genaues und empfindliches Überwachungsverfahren gegeben. Darüber hinaus ist eine hinreichend genaue Schätzung der Rußbeladung aufgrund der regelmäßig angepassten und somit wesentlich genaueren und empfindlicheren Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie möglich. Dies führt zudem zu optimierten Regenerationszyklen und somit zur Senkung des Kraftstoffbedarfs.The particular advantages of the invention are that through the teaching and regularly repeated Adjusting the temperature dependent characteristic for an empty particle filter derived temperature independent Differential pressure-volumetric flow characteristic monitoring of the Particle filter during operation under consideration the state of aging and the momentary soot or ash charge of the particulate filter is possible. This is a special accurate and sensitive monitoring procedure given. In addition, a reasonably accurate estimate the soot loading due to the regular adapted and thus much more accurate and sensitive differential pressure-volume flow characteristic possible. This also leads to optimized regeneration cycles and thus to reduce fuel consumption.

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Claims (7)

Verfahren zur Zustandsschätzung und Überwachung eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselpartikelfilters einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine einen zumindest weitgehend unbeladenen Partikelfilter charakterisierende, temperaturabhängige Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie (K(T)) in eine temperaturunabhängige Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie (K) umgewandelt wird, mittels derer mindestens ein Parameter (P1 bis Pn) des Partikelfilters bestimmt und/oder überwacht wird.Method for state estimation and monitoring a particulate filter, in particular a diesel particulate filter an exhaust system of a motor vehicle, in which a at least one largely uncharged particle filter characterizing, temperature-dependent Differential pressure-volume flow characteristic (K (T)) in a temperature-independent Differential pressure-volume flow characteristic (K) is converted by means of which determines at least one parameter (P1 to Pn) of the particulate filter and / or monitored. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturunabhängige Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie (K) im Anschluss an eine Regenerationsphase des Partikelfilters bestimmt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the temperature-independent differential pressure-volume flow characteristic (K) following a regeneration phase of the particulate filter is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie (K) zur Überwachung eines Parameters (P1, P2) im Hinblick auf einen Defekt des Partikelfilters mit einer Referenzkennlinie verglichen wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the characteristic curve (K) for monitoring a parameter (P1, P2) with respect to a defect of the particulate filter is compared with a reference characteristic. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzkennlinie eine nach einer Einlaufphase des Partikelfilters ermittelte Neukennlinie herangezogen wird.Method according to claim 3, characterized that as reference characteristic one after an entry phase of the particulate filter determined Neukennlinie is used. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzkennlinie eine nach einer vorherigen Regenerationsphase des Partikelfilters ermittelte Kennlinie herangezogen wird.Method according to claim 3, characterized that as reference characteristic one after a previous regeneration phase of the particle filter determined characteristic is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein deutliches Abfallen der Kennlinie K im Vergleich zur Referenzkennlinie als Bruch des Partikelfilters und somit als Defekt des Partikelfilters gewertet wird.Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that a significant drop in the characteristic K compared to the reference characteristic as a fraction of the particulate filter and thus is considered as a defect of the particulate filter. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Parameter (P1 bis Pn) eines beladenen Partikelfilters anhand der temperaturunabhängigen Differenzdruck-Volumenstrom-Kennlinie eine momentane, den beladenen Partikelfilter beschreibende Rußmasse (mSoot) ermittelt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that as a parameter (P1 to Pn) of a loaded particulate filter based on the temperature-independent differential pressure-volume flow characteristic curve a momentary, the loaded particulate filter descriptive soot mass (m soot ) is determined.
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