DE102008016792A1

DE102008016792A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008016792A1
Application number: DE102008016792A
Authority: DE
Inventors: Yasser Yacoub
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: DE102008016792B4; CN101571067B; CN101571067A

Abstract

Die Erfindung betrifft die Steuerung des Betriebs einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, bei dem durch Integration einer Rußbeladungsrate der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einer Beladungsphase und der Rußumwandlungsrate in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einer Regenerationsphase eine Abschätzung der Rußbeladung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung durchgeführt und abhängig von dem Ergebnis der Abschätzung eine Entscheidung über den Beginn und/oder die Beendigung eines Regenerationsvorganges getroffen wird. Dabei wird zur Abschätzung der Rußbeladung wenigstens ein über die Abgasnachbehandlungsvorrichtung oder über ein Teilelement der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemessener Differenzdruck bestimmt. Zur Bestimmung der Rußbeladungsrate und/oder der Rußumwandlungsrate erfolgt eine modellbasierte Abschätzung der Rußbeladungsrate und/oder der Rußumwandlungsrate unabhängig von dem gemessenen Differenzdruck, wobei die modellbasierte Rußbeladungsrate bzw. die modellbasierte Rußumwandlungsrate zu einer modellbasierten Rußbeladung aufintegriert wird. Ferner erfolgt wenigstens zeitweise eine differenzdruckbasierte Abschätzung der Rußbeladung, bei der wenigstens der gemessene Differenzdruck eingeht. Die modellbasierte Abschätzung der Rußbeladung wird mit der differenzdruckbasierten Abschätzung der Rußbeladung verglichen und die modellbasierte Abschätzung der Rußbeladung wird bei Abweichungen anhand der differenzdruckbasierten Abschätzung der Rußbeladung korrigiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
Die Erfindung ist allgemein in Kraftfahrzeugen anwendbar, welche mit einem Verbrennungsmotor und einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung ausgestattet sind. Abgasnachbehandlungsvorrichtungen werden zur Behandlung von aus der Verbrennung von Kraftstoff mit Luft resultierenden Abgasströmen entweder intern innerhalb des Zylinders oder extern im Abgasstrom eingesetzt. Dabei können diese in wiederholter und insbesondere periodischer Weise einem erhöhten thermischen Niveau ausgesetzt werden. Dies erfolgt beispielsweise bei der Regeneration eines Dieselpartikelfilters (DPF) oder bei einer Mager-Stickoxidfalle in einer Betriebsphase mit fettem Luft-Kraftstoff-Gemisch.
Im Stand der Technik ist es bekannt, die in einem Dieselpartikelfilter gespeicherte Rußmenge unter Verwendung zweier paralleler Pfade folgendermaßen abzuschätzen:
In einem ersten Abschätzpfad wird ein Rußmodell für das aus dem Verbrennungsmotor austretende und der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zugeführte Abgas auf Basis einer Gruppe von Kennlinien für die gemessene Rußaustrittsmenge (entweder beschrieben als Massenkonzentration in mg/g oder als Massenflußrate in g/h) dazu verwendet, die Rußspeicherrate in dem Dieselpartikelfilter zu berechnen (nachfolgend als ”offener Regelkreis” oder ”modellbasierte Abschätzung” bezeichnet). Ein chemisch-kinetisches Modell wird dazu verwendet, die Rußumwandlungsrate basierend auf Sauerstoff (O₂, aktive Regeneration) als auch Stickstoffdioxid (NO₂, passive Regeneration) abzuschätzen. Anschließend wird eine Massenbilanz angewandt, um die gespeicherte Rußmasse abzuschätzen. Ein thermisches Modell unter Berücksichtigung der Energieerhaltung wird dann dazu verwendet, das Filtersubstratmodell aus der Netto-Enthalpiezufuhr der nachfolgenden Gase, den Wärmeverlusten an die Umgebung sowie aus der Wärmeabgabe aufgrund exothermer Oxidationsreaktion, welche entweder durch Rußverbrennung oder durch Reduktionsstoffe wie Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (THC) oder Stickstoffmonoxid (NO) hervorgerufen werden, abzuschätzen.
In einem zweiten Abschätzpfad wird zunächst der gemessene Differenzdruck über dem Dieselpartikelfilter durch Subtraktion von Reibungsdruckverlusten in dem durch den Dieselpartikelfilter hindurchströmenden Gas korrigiert (nachfolgend als ”geschlossener Regelkreis” oder ”differenzdruckbasierte Abschätzung” bezeichnet). Die Volumenstromrate über den Dieselpartikelfilter wird unter Verwendung von an einer stromaufwärts befindlichen Position gemessenen oder abgeschätzten Druck- und Temperaturwerten berechnet. Der in dem Dieselpartikelfilter befindliche Aschegehalt wird abgeschätzt, was entweder in einem offenen Regelkreis durch Integration der vorkalibrierten Rate der Netto-Aschespeichermenge oder in einem geschlossenen Regelkreis mittels Ableitung aus der Differenzdruckmessung nach einem ausgedehnten Regenerationsereignis (zur Gewährleistung, dass kein Ruß gespeichert ist) erfolgt. Schließlich wird die Rußmenge als Funktion des korrigierten Differenzdruckes, der Volumenstromrate und der abgeschätzten Aschemenge berechnet.
Bei der Entscheidung hinsichtlich der Auslösung oder Beendigung eines Reinigungsvorganges wird dann typischerweise sowohl die im offenen Regelkreis abgeschätzte Rußbeladung als auch die im geschlossenen Regelkreis abgeschätzte Rußbeladung verwendet, wobei zur Auslösung einer Reinigungsphase das Maximum der beiden Signale verwendet wird, und wobei für die Beendigung der Reinigungsphase das Minimum der beiden Signale verwendet wird, solange beide Abschätz-Schemata in geeigneter Weise kalibriert sind.
Eine punktuelle Adaption der modellbasiert abgeschätzten Rußbeladung wird insofern vorgenommen, als nach einer erfolgreichen, ausgedehnten Regeneration des Dieselpartikelfilters die folgenden Schritte durchgeführt werden:

(1) Die Rußmengenabschätzung in dem offenen Regelkreis wird im Wesentlichen auf Null zurückgesetzt, um eine Drift in der erhaltenen Abschätzung aufgrund von Integrationsfehlern in der Netto-Rußspeichermenge zu minimieren, welche entweder auf einer Drift in den Rußemissionen des Verbrennungsmotors oder auf Ungenauigkeiten in der Abschätzung der Rußumwandlung beruht.
(2) Anschließend wird die Abschätzung in dem geschlossenen Regelkreis dazu verwendet, die gespeicherte Aschemenge abzuleiten, um sicherzustellen, dass die gespeicherte Aschemenge sorgfältig abgeschätzt wird.

Bei dem obigen bekannten Schema tritt jedoch das Problem auf, dass keine kontinuierliche Anpassung der mittels offenem Regelkreis erfolgten Rußmengenabschätzung und der mittels geschlossenem Regelkreis erfolgten Rußmengenabschätzung erfolgt. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die Korrelation zwischen der gespeicherten Rußmasse einerseits und dem gemessenen Differenzdruck andererseits aus mehreren Gründen nicht eindeutig ist: Zum einen führt die passive Regeneration aufgrund der Reaktion von Stickstoffdioxid (NO₂) und Ruß in einem Temperaturfenster von 200–400°C zu einem geringeren Druckverlust für die gleiche gespeicherte Rußmenge. Des Weiteren führt eine Ruß-Umverteilung bei hohen Volumenstromraten zu einer Änderung der Abhängigkeit des Differenzdrucks von der Volumenstromrate für eine vorgegebene Rußspeichermenge. Regenerationsvorgänge bei sehr niedrigen Massenströmungsraten führen zu einem raschen Druckabfall entsprechend der Rußregeneration im Zentrum des Filters, wobei jedoch eine geringe Rußregeneration in der Nähe der Filterwände zu einem schnellen Anstieg des Drucksignals während der Beladungsphase führt. Eine weitere Ursache ist schließlich die geringe räumliche Homogenität der Temperaturverteilung, insbesondere in Regenerationsphasen unter Bedingungen mit übergroßer Rußbeladung.
Gemäß dem Stand der Technik treten zudem Fehler bei der Abschätzung der Substrattemperatur des Dieselpartikelfilters während der Regenerationsphase aus folgenden Gründen auf: Zum einen kann die ursprüngliche Rußbeladung zu Beginn des Regenerationsvorganges über- oder unterschätzt werden. Zum anderen kann während der Regenerationsphase die Verwendung eines Modells niedriger Ordnung zu einem Kompromiß während der Kalibrierungsphase derartiger Modelle führen, da das Modell sowohl die regenerierte Rußmenge als auch eine repräsentative Volumentemperaturverteilung, welche die Temperatur sowohl in axialer als auch in radialer Richtung berücksichtigt, vorhersagen muß.
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung bereitzustellen, durch welche eine besser an den wirklichen Beladungszustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung angepaßte Durchführung von Regenerationsvorgängen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 10 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, bei dem durch Integration einer Rußbeladungsrate der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einer Beladungsphase und der Rußumwandlungsrate in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einer Regenerationsphase eine Abschätzung der Rußbeladung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung durchgeführt und abhängig von dem Ergebnis der Abschätzung eine Entscheidung über den Beginn und/oder die Beendigung eines Regenerationsvorganges getroffen wird, wird zur Abschätzung der Rußbeladung wenigstens ein über die Abgasnachbehandlungsvorrichtung oder über ein Teilelement der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemessener Differenzdruck bestimmt. Zur Bestimmung der Rußbeladungsrate und/oder der Rußumwandlungsrate erfolgt eine modellbasierte Abschätzung der Rußbeladungsrate und/oder der Rußumwandlungsrate unabhängig von dem gemessenen Differenzdruck, wobei die modellbasierte Rußbeladungsrate bzw. die modellbasierte Rußumwandlungsrate zu einer modellbasierten Rußbeladung aufintegriert wird. Ferner erfolgt wenigstens zeitweise eine differenzdruckbasierte Abschätzung der Rußbeladung, bei der wenigstens der gemessene Differenzdruck eingeht. Die modellbasierte Abschätzung der Rußbeladung wird mit der differenzdruckbasierten Abschätzung der Rußbeladung verglichen und die modellbasierte Abschätzung der Rußbeladung wird bei Vorliegen vorgegebener Bedingungen anhand der differenzdruckbasierten Abschätzung der Rußbeladung korrigiert.
Gemäß der Erfindung wird bevorzugt eine Lösung vorgeschlagen, welche auf einer kontinuierlichen Korrektur der mittels Abschätzung im geschlossenen Regelkreis ermittelten, gespeicherten Rußmasse innerhalb der Grenzen eines erwarteten Korrelationsbereichs beruht. Hierdurch wird gewährleistet, dass die anfängliche gespeicherte Rußmasse optimal abgeschätzt wird, indem die Grenzen des Korrelationsbereichs beachtet werden, was unter Anwendung einer sogenannten ”kalten Anpassung” erfolgt, d. h. einer Niedrigtemperaturanpassung während der Beladungsphase. Dadurch, dass keine Korrektur erfolgt, wenn der modellbasierte Wert innerhalb des Korrelationsbereiches liegt, werden stochastische Schwankungen der Rußbeladung vermieden. Es ist aber auch möglich, anhand der Differenz zwischen Modell und Differenzdruckmessung stets eine Korrektur vorzunehmen. Die erfindungsgemäße Lösung berücksichtigt insbesondere relativ schnelle Änderungen der tatsächlichen Rußbeladung, die modellbasiert möglicherweise nicht erkannt werden, jedoch anhand der Differenzdruckwerte sofort berücksichtigt werden können.
Darüber hinaus wird vorzugsweise während der Regenerationsphase ein Anpassungsschema dazu verwendet, sicherzustellen, dass die Rußumwandlungsrate unter Verwendung der Rückkopplungs-Regelung angepaßt wird (sogenannte ”heiße Anpassung”, d. h. eine Anpassung bei hoher Temperatur während der Regenerationsphase).
Bei der erfindungsgemäßen Strategie werden vorzugsweise folgende Anpassungsterme bzw. -faktoren berechnet:

I. Es werden Rußbeladungs-Anpassungsterme PFlt_mfSotAdap (in g/s) für den offenen Regelkreis während der Beladungsphase berechnet, wobei diese Terme die Rate der Rußbeladungsanpassung während einer Beladungsphase bestimmen, wenn die Filtertemperatur unterhalb eines zuvor kalibrierten Schwellenwertes liegt (”kalte Anpassung”). Diese Terme werden dann in der Gleichung für die Rußmassenbilanz berücksichtigt und zur Bestimmung der gesamten gespeicherten Rußmenge integriert.
II. Es wird ferner ein Aktivierungsenergie-Anpassungsfaktor PFlt_rSotCmbAdap während der Regeneration berechnet. Dieser Faktor bildet einen multiplikativen Korrekturterm für die Aktivierungsenergie, welche bei der Abschätzung der Rußverbrennungsrate verwendet wird. Diese Anpassung erfolgt nur dann, wenn die Filtertemperatur oberhalb eines zuvor kalibrierbaren Schwellenwertes liegt (”heiße Anpassung”).

Ein Verfahren zur Abschätzung der Rußbeladung eines Dieselpartikelfilters, bei welchem ein für die Rußbeladung charakteristischer Wert aufgrund von zu unterschiedlichen Meßzeitpunkten ermittelten Wertepaaren (ΔP_i, ΔV_i) für den Differenzdruck und den Abgasvolumenstrom unter Anwendung der Fehlerquadratmethode berechnet wird, ist in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP 1 854 971 A1 der Anmelderin beschrieben.
Des Weiteren ist ein Verfahren zur modellbasierten Rußbilanzierung in der unveröffentlichten Anmeldung DE 10 2006 055 562.7 (eingereicht am 24.11.2006) der Anmelderin beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine Mehrzahl von Kennfeldern abgespeichert, in denen jeweils für einen vorgegebenen Ausgangszustand Werten von wenigstens zwei unabhängigen, den Betriebszustand des Kraftfahrzeuges beschreibenden Zustandsgrößen jeweils Werte einer für den Rußpartikelgehalt im dem Abgasnachbehandlungssystem zugeführten Abgas charakteristischen Größe zugeordnet sind. Die Abschätzung der für den Rußpartikelgehalt im dem Abgasnachbehandlungssystem zugeführten Gas charakteristischen Größe erfolgt in wenigstens einem von dem Ausgangszustand verschiedenen Zustand auf Basis dieser Kennfelder mittels Interpolation. Dabei werden als unabhängige Zustandsgrößen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ-Wert) und die Abgasrückführungsrate (EGR-Rate) verwendet (anstelle der herkömmlicherweise üblichen Verwendung der Motordrehzahl und des Motordrehmoments oder der Summe des gesamten eingespritzten Kraftstoffes), wobei als weitere unabhängige Zustandsgröße der Rail-Druck verwendet wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ-Wert) wird hierbei unmittelbar gemessen, und es wird bei der Abschätzung des Rußpartikelgehaltes im dem Abgasnachbehandlungssystem zugeführten Gas eine Abhängigkeit der Ruß-Konzentration vom λ-Wert in Form einer Potenzfunktion zugrunde gelegt, d. h. eine Funktion der Form (A·x^λ +B, C), wobei A, B und C jeweils eine Funktion der EGR-Rate darstellen. Zur Veranschaulichung dieses Verfahrens sind der o. g. Anmeldung DE 10 2006 055 562.7 entnommene Diagramme als 7 und 8 beigefügt. 7 zeigt die Ruß-Konzentration in Abhängigkeit von dem λ-Wert für unterschiedliche EGR-Raten, d. h. ein Kennfeld zur Abschätzung der Ruß-Konzentration bei normierten Strömungsbedingungen, welche aus einer Vielzahl von Variationen des Betriebszustandes erzeugt wurde. In 8 ist die Abhängigkeit der anhand des Kennfeldes aus 7 interpolierten Ruß-Konzentration von der abgeschätzten Ruß-Konzentration dargestellt, d. h. das Diagramm zeigt einen Vergleich zwischen der gemäß dem Kennfeld von 7 interpolierten Ruß-Konzentration mit der an jedem einzelnen Punkt abgeschätzten Konzentration. Im Ergebnis wird mittels des Verfahrens eine robuste Abschätzung bei zugleich kompakter Implementierung für Online-Anwendungen ermöglicht, wobei die Genauigkeit des Verfahrens durch Berücksichtigung des Rail-Druckes als dritten unabhängigen Parameter erhöht werden kann.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Strategie;
2a–f Diagramme für den Fall ohne ”heiße” Anpassung;
3a–f Diagramme für den Fall einer ”heißen” Anpassung für die Rußabschätzung in Abhängigkeit vom Differenzdruck unter Verwendung eines geschlossenen Regelkreises;
4a–f Diagramme für den Fall einer ”heißen” Anpassung unter Verwendung lediglich eines Lambdasensors stromabwärts des Partikelfilters;
5a–f Diagramme für den Fall einer ”heißen” Anpassung unter Verwendung lediglich eines Temperatursensors stromabwärts des Partikelfilters;
6 ein Diagramm zur Darstellung des Korrelationsbereichs für die differenzdruckabhängig abgeschätzte Rußbeladung;
7 eine Abhängigkeit der Ruß-Konzentration als Funktion des λ-Wertes für unterschiedliche EGR-Raten zur Erläuterung eines zur modellbasierten Rußbilanzierung geeigneten Verfahrens; und
8 eine Abhängigkeit der anhand der Kennfelder aus 7 interpolierten Ruß-Konzentration von der abgeschätzten Ruß-Konzentration;
1 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Strategie, wobei die Funktionalität der einzelnen Blöcke im Folgenden näher erläutert wird. Eine Erläuterung der in 1 verwendeten Signalbezeichnungen ist in nachfolgender Tabelle 1 angegeben:
In einem Funktionsblock 110 wird während der Beladungsphase ein Rußbeladungsanpassungs-Flagzeichen PFlt_bSotAdapEna aktiviert, wenn für eine minimale Zeitdauer als Funktion von der abgeschätzten Filtersubstrattemperatur keine Regenerationsaufforderung aktiviert wurde, wobei die Filtersubstrattemperatur oberhalb eines unteren Schwellenwertes (als Funktion der Umgebungstemperatur) und unterhalb eines oberen Schwellenwertes (als Funktion der Umgebungstemperatur) liegen muß. Außerdem sollte die Abgasvolumenstromrate oberhalb eines unteren Schwellenwertes liegen, um eine Anpassung des Abgas-Rußmassenstroms zu ermöglichen. Darüber hinaus wird die Anpassung deaktiviert, wenn ein Fehler im Differenzdrucksignal nachgewiesen wird.
In einem Funktionsblock 120 wird ein Rußverbrennungsanpassungs-Flagzeichen PFlt_bSotCmbAdapEna aktiviert, wenn keine kalte Anpassung stattfindet (PFlt_bSotAdapEna = FALSCH) und wenn keine Fehler im Sensorsignal für den Lambdawert und/oder den Differenzdruck und/oder die Temperatur stromabwärts des Dieselpartikelfilters nachgewiesen werden. Die Anpassung wird aktiviert, wenn das Maximum aus Substrattemperatur und Temperatur stromabwärts des Dieselpartikelfilters größer als ein kalibrierbarer Schwellenwert ist. In ähnlicher Weise wird die Anpassung deaktiviert, wenn das Minimum der gemessenen Temperatur stromabwärts des Filters und der Substrattemperatur unterhalb eines kalibrierbaren Schwellenwertes liegt. Bei Fehlen einer Messung der Temperatur stromabwärts des Filters wird die Bedingung der Anpassungstemperatur auf die Substrattemperatur angewandt.
In einem Funktionsblock 130 wird die Rate der Rußbeladungsanpassung PFlt_mfSotAdap berechnet. Während der Beladungsphase wird die Steigung PFlt_dPdVPFlt, welche aus dem gemessenen Differenzdruck und der berechneten Volumenstromrate sowie dem effektiven Volumen des Partikelfilters (reines Filtervolumen angepaßt auf die angesammelte Asche) berechnet wird, dazu verwendet, einen unteren Schwellenwert für die gespeicherte Rußmasse (mSotDpdVMin für starke nominelle Korrelation) sowie einen oberen Schwellenwert für die gespeicherte Rußmasse (PFlt_mSotDpDvmax für schwache Korrelation) zu berechnen.
Wenn die im offenen Regelkreis abgeschätzte Rußmasse unterhalb des unteren Schwellenwertes liegt, wird die Rate der Rußbeladungsanpassung gesetzt als: Rate der Rußbeladungsanpassung = (PFlt_mSotDpDvmin – PFlt_mSotOpl)/tiSotAdapMin (1)wobei die Anpassungs-Zeitkonstante tiSotAdapMin eine Funktion von mSotDpdVMin ist, so dass eine schnelle Anpassung ermöglicht wird, wenn eine hohe Beladung erfaßt wird.
In ähnlicher Weise wird dann, wenn die für den offenen Regelkreis abgeschätzte Rußmasse PFlt_mSotOpl größer als der obere Schwellenwert PFlt_mSotDpDvmax ist, die Rate der Rußbeladungsanpassung gesetzt als: Rate der Rußbeladungsanpassung = (PFlt_mSotDpDvmax – PFlt_mSotOpl)/tiSotAdapMax (2)wobei die Anpassungs-Zeitkonstante tiSotAdapMin eine Funktion von mSotDpdVMin ist, wobei eine schnelle Anpassung ermöglicht wird, wenn eine hohe Beladung nachgewiesen wird.
Wenn die Rußbeladung zwischen dem unteren und dem oberen Schwellenwert für die Korrelation liegt, findet keine Rußbeladungsanpassung statt.
In einem Funktionsblock 140 wird ein Aktivierungsenergie-Anpassungsfaktor PFlt_rSotCmbAdap berechnet. Während der Regenerationsphase, d. h. der Rußverbrennung, wird die Aktivierungsenergie für die nicht-katalysierte, sauerstoffbasierende Kinetik der Rußverbrennung mit einem multiplikativen Faktor (PFlt_rSotCmbAdap) angepaßt, welcher als Ausgang eines Beobachters berechnet wird, wobei der abgeschätzte Vektor erfindungsgemäß (je nach Verfügbarkeit der Sensoren) wenigstens eines der nachfolgenden, normierten Signale oder auch aus mehrere oder sämtliche dieser Signale umfaßt:

a) Rußbeladung gemäß geschlossenem Regelkreis normiert auf den jeweiligen Wert zu Beginn der Anpassung
b) Sauerstoff stromabwärts des Partikelfilters, normiert unter Verwendung eines skalaren kalibrierbaren Wertes
c) Temperatur stromabwärts des Partikelfilters, normiert unter Verwendung eines kalibrierbaren Wertes.

Die Implementierung der obigen Strategie ist in 2–5 dargestellt.
2 zeigt die Situation ohne Anpassung, wobei der Fehler in der Temperaturabschätzung für die Substrattemperatur im Vergleich zur gemessenen Temperatur an unterschiedlichen Orten im Partikelfilter sowie für die stromabwärtige Temperatur dargestellt ist.
Gemäß 3 wird angenommen, dass bei Anwendung der heißen Anpassung die einzig verfügbaren Messungen für den Differenzdruck und die Temperatur stromaufwärts des Partikelfilters vorliegen. Das Anpassungsschema ist sowohl hinsichtlich der Temperaturabschätzung als auch hinsichtlich der Abschätzung der Rußverbrennung erfolgreich. Gemäß 4 wird ein ähnliches Ergebnis erhalten, wenn ein stromabwärtiger Sauerstoff-(Lambda-)Sensor als einzige Meßvorrichtung in der Struktur des für die Anpassung verwendeten Beobachters eingesetzt wird. In 5 ist die Situation dargestellt, dass in dem Anpassungsschema die Temperatur stromabwärts des Partikelfilters verwendet wird.
6 zeigt ein Diagramm, in welchem der Korrelationsbereich für die differenzdruckabhängig abgeschätzte Rußbeladung dargestellt ist. Aufgetragen ist die Rußbeladung in Einheiten von g über der Steigung dP/dV in Einheiten von kPa/m³/s) (P = Differenzdruck; V = Volumenstromrate). Die geschlossenen Symbole entsprechen einer schwachen Korrelation, und die offenen Symbole entsprechen einer starken Korrelation.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1854971 A1 [0015]
- DE 102006055562 [0016, 0016]

Claims

Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, bei dem durch Integration einer Rußbeladungsrate der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einer Beladungsphase und der Rußumwandlungsrate in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einer Regenerationsphase eine Abschätzung der Rußbeladung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung durchgeführt und abhängig von dem Ergebnis der Abschätzung eine Entscheidung über den Beginn und/oder die Beendigung eines Regenerationsvorganges getroffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschätzung der Rußbeladung wenigstens ein über die Abgasnachbehandlungsvorrichtung oder über ein Teilelement der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemessener Differenzdruck bestimmt wird, dass zur Bestimmung der Rußbeladungsrate und/oder der Rußumwandlungsrate eine modellbasierte Abschätzung der Rußbeladungsrate und/oder der Rußumwandlungsrate unabhängig von dem gemessenen Differenzdruck erfolgt, wobei die modellbasierte Rußbeladungsrate bzw. die modellbasierte Rußumwandlungsrate zu einer modellbasierten Rußbeladung aufintegriert wird, dass wenigstens zeitweise eine differenzdruckbasierte Abschätzung der Rußbeladung erfolgt, bei der wenigstens der gemessene Differenzdruck eingeht, und dass die modellbasierte Abschätzung der Rußbeladung mit der differenzdruckbasierten Abschätzung der Rußbeladung verglichen und die modellbasierte Abschätzung der Rußbeladung bei Vorliegen vorgegebener Bedingungen anhand der differenzdruckbasierten Abschätzung der Rußbeladung korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung der Rußbeladungsrate erfolgt, wenn die Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung unterhalb eines ersten Temperatur-Schwellenwertes liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung der Rußumwandlungsrate erfolgt, wenn die Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung oberhalb eines zweiten Temperatur-Schwellenwertes liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die modellbasierte Abschätzung der Rußbeladungsrate bzw. der Rußumwandlungsrate auf Basis einer Gruppe von Kennlinien für die in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung pro Zeiteinheit deponierte Rußmenge abzüglich einer auf Basis eines chemisch-kinetischen Modells berechneten Rußumwandlungsrate erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur differenzdruckbasierten Abschätzung der Rußbeladung neben dem gemessenen Differenzdruck wenigstens noch ein berechneter oder gemessener volumetrischer Massenstrom durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtung sowie ein Ascheablagerungen in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung berücksichtigendes effektives Volumen der Abgasnachbehandlungsvorrichtung herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Rußbeladungsrate eine Korrekturrate zu der modellbasierten Rußbeladung nur dann addiert oder subtrahiert wird, wenn die modellbasierte Rußbeladung außerhalb eines Korrelationsbereichs der druckdifferenzbasierten Rußbeladung liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die modellbasierte Rußbeladung unterhalb eines unteren Grenzwertes des Korrelationsbereichs der druckdifferenzbasierten Rußbeladung liegt, eine Korrekturrate, die dem Absolutwert der Differenz zwischen dem unteren Grenzwert des Korrelationsbereichs und der modellbasierte Rußbeladung, multipliziert mit einem Proportionalitätsfaktor, entspricht, zu der modellbasierten Rußbeladung addiert wird, und dass dann, wenn die modellbasierte Rußbeladung oberhalb eines oberen Grenzwertes des Korrelationsbereichs der druckdifferenzbasierten Rußbeladung liegt, eine Korrekturrate, die dem Absolutwert der Differenz zwischen des oberen Grenzwertes des Korrelationsbereichs und der modellbasierte Rußbeladung, multipliziert mit einem Proportionalitätsfaktor, entspricht, von der modellbasierten Rußbeladung subtrahiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regenerationsphase eine Korrektur der modellbasierten Rußumwandlungsrate durch multiplikative Anpassung einer in ein reaktionskinetisches Modell eingehenden Aktivierungsenergie anhand eines Aktivierungsenergie-Anpassungsfaktors erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsenergie-Anpassungsfaktor durch wenigstens einen der nachfolgenden, normierten Werte bestimmt wird: a) den differenzdruckbasierten Wert der Rußbeladung, normiert auf den jeweiligen Wert zu Beginn der Korrektur, b) einen Sauerstoffmeßwert stromabwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, normiert auf einen kalibrierbaren skalaren Wert, und/oder c) eine Temperatur stromabwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, normiert auf einen kalibrierbaren skalaren Wert.
Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass diese dahingehend ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.