DE102008061992B4 - Verfahren und Gerät zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Berechnung eines effektiven Volumens Ve eines Dieselpartikelfilters, umfassend: Bestimmen, ob eine Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist, nachdem Ruß regeneriert worden ist, wobei die Regenerationsleistungsfähigkeit als gegeben bestimmt wird, wenn die Menge des Rußes nach der Regeneration kleiner als eine Schwellenwert-Rußmenge ist; Bestimmen, wenn eine Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist, ob eine Bedingung erfüllt ist, um einen Asche-Koeffizienten δ(α4) in Erfahrung zu bringen; Detektieren einer Abgasdurchflussmenge Qexh eines Abgases, wenn die Bedingung zum in Erfahrung bringen des Aschegehalts δ(α4) gegeben ist; Berechnen der Änderung der durch Asche verursachten Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) des Abgases; Berechnen der Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) unter Verwendung der Änderung der durch Asche verursachten Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) des Abgases und der Abgasdurchflussmenge Qexh; Berechnen eines momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) unter Verwendung der Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) und eines früheren Asche-Koeffizienten α4(n-1) und Bestimmen des effektiven Volumens Ve des Dieselpartikelfilters unter Verwendung des momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) und eines ersten Filterkoeffizienten α1, wobei die Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) aus der Gleichungberechnet wird, wobei Δ(ΔPash(n)), die durch Asche ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters, welches die präzise Bestimmung der zeitlichen Rußregenerationssteuerung durch präzises Berechnen des effektiven Volumens des Dieselpartikelfilters auf Basis eines erlernten bzw. in Erfahrung gebrachten Wertes eines Asche-Koeffizienten ermöglicht und Zeit und Kosten für die Modifizierung einer Aschemenge reduziert.
  • Üblicherweise sinkt das effektive Volumen, in dem Ruß gesammelt werden kann, da sich in einem Dieselpartikelfilter Asche ansammelt. Dieses effektive Volumen und die Abgastemperatur sind Hauptfaktoren für die Bestimmung der Rußregenerationssteuerung in einem Dieselpartikelfilter.
  • In den herkömmlichen Verfahren wird die durch Asche verursachte Änderung des effektiven Volumens in Übereinstimmung mit der Reisedistanz bzw. Fahrleistung eines Fahrzeugs und dem Kraftstoffverbrauch in einer Kennfeldtabelle gespeichert. Deshalb wurden verschiedene Versuche unternommen, um die Genauigkeit in der Vorhersage der Rußansammlung durch Verwendung der Kennfeldtabelle zu verbessern. Da jedoch eine große Anzahl von Experimenten durchgeführt werden sollte, um die Kennfeldtabelle zu erstellen, sind ein großer Zeitaufwand und hohe Kosten zur Erstellung der Kennfeldtabelle erforderlich.
  • Da die Rußansammlung neben der Reisedistanz des Fahrzeugs und dem Kraftstoffverbrauch ferner durch verschiedene Faktoren beeinflusst wird, kommt es zu Problemen in der Art, dass die Kennfeldtabelle nicht genau ist.
  • Um solche Probleme zu lösen wurde ein Verfahren zur Berechnung der durch Asche verursachten Änderung des effektiven Volumens erfunden. Gemäß diesem Verfahren werden verschiedene Betriebsweisen (Fahrzyklen) in drei repräsentative Betriebsweisen, z. B. den Stadt-Zyklus, Autobahn-Zyklus bzw. Gemischtstraßen-Zyklus, eingeteilt und die Ascheansammlung und die durch Asche verursachte Druckdifferenz werden gemäß dem Kraftstoffverbrauch und dem Ölverbrauch in den entsprechenden Zyklen (Betriebsweisen) berechnet. Danach wird die durch Asche verursachte Änderung des effektiven Volumens berechnet. Da jedoch der Kraftstoffverbrauch und der Ölverbrauch sich gemäß dem Fahrzeugtyp und dem Zustand des Fahrzeugs unterschiedlich verändern, bedarf es einer Modifizierung der durch Asche verursachten Änderung des effektiven Volumens.
  • Die in diesem Abschnitt offenbarte Information ist nur zur Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung gedacht und sollte kein Anerkenntnis darstellen oder nicht als ein Hinweis darauf angesehen werden, dass diese Information einem Fachmann auf diesem Gebiet schon bekannten Stand der Technik bildet.
  • WO 2005/049986 A1 offenbart ein System für die Instandhaltung eines Partikelfilters, der in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, wobei das System Mittel aufweist zum Berechnen des effektiven Volumens des Partikelfilters.
  • DE 102 23 427 A1 offenbart ein Verfahren zur Regenerierung eines verstopften Partikelfilters, wobei nach der Regenerierung des Filters eine Abgasdruckgröße gemessen wird, die vor dem Rußfilter auftritt, um einen Verstopfungsgradanteil zu ermitteln.
  • EP 1 467 071 A1 offenbart eine Verbrennungsmotor-Abgas-Reinigungsvorrichtung mit einem Partikelfilter.
  • Verschiedene Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung richten sich auf das Bereitstellen eines Verfahrens zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters mit Vorteilen bei der präzisen Berechnung des effektiven Volumens des Dieselpartikelfilters durch Verwenden eines erlernten bzw. in Erfahrung gebrachten Werts eines Asche-Koeffizienten.
  • Zusätzlich wurde die Erfindung in dem Bemühen gemacht, ein Verfahren zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters mit weiteren Vorteilen bei der Berechnung der durch Asche verursachten Änderung des effektiven Volumens durch Verwenden von gemessenen Werten eines Sensors vorzusehen, und zwar unabhängig vom Fahrzeugtyp und dem Zustand eines Fahrzeugs, dem Kraftstoffverbrauch und dem Ölverbrauch.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie ein System gemäß Anspruch 7 bereit. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Folglich umfasst gemäß verschiedenen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Berechnung des effektiven Volumens Ve eines Dieselpartikelfilters das Folgende: Bestimmen, ob eine Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist, nachdem Ruß regeneriert worden ist; wenn eine Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist, Bestimmen, ob eine Bedingung erfüllt ist, um einen Asche-Koeffizienten δ(α4) in Erfahrung zu bringen; Detektieren einer Abgasdurchflussmenge Qexh des Abgases, wenn die in Erfahrung gebrachte Bedingung des Asche-Koeffizienten δ(α4) erfüllt ist; Berechnen der durch Asche verursachten Änderung der Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) des Abgases; Berechnen der Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) unter Verwendung der durch Asche verursachten Änderung der Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) des Abgases und der Abgasdurchflussmenge Qexh; Berechnen eines momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) unter Verwendung der Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) und eines früheren Asche-Koeffizienten α4(n-1); und/oder Bestimmen des effektiven Volumens Ve des Dieselpartikelfilters unter Verwendung des momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) und eines ersten Filter-Koeffizienten α1.
  • Das Verfahren kann ferner die Bestimmung der Rußregenerationssteuerung über die Bestimmung des effektiven Volumens Ve des Dieselpartikelfilters mit einschließen.
  • Die Regenerationsleistungsfähigkeit wird als gegeben bestimmt, falls die Rußmenge nach der Regeneration kleiner als eine Ruß-Schwellenmenge ist.
  • Die Bedingung zum in Erfahrung bringen des Asche-Koeffizienten kann als gegeben bestimmt werden, wenn die Abgasdurchflussmenge innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, eine Änderungsrate der Filterdruckdifferenz pro Zeiteinheit kleiner als eine vorbestimmte Änderungsrate ist und eine Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich einer vorbestimmten Geschwindigkeit ist.
  • Die Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) wird aus der folgenden Gleichung berechnet:
    Figure DE102008061992B4_0003
    wobei Δ(ΔPash(n)) die durch Asche verursachte Änderung der Druckdifferenz darstellt, μ einen Viskositätskoeffizienten des Abgases darstellt, und Qexh die Abgasdurchflussmenge darstellt.
  • Der momentane Asche-Koeffizient α4(n) kann aus der folgenden Gleichung berechnet werden: α4(n) = (α4(n-1) + δ(α4)), wobei α4(n-1) den früheren Asche-Koeffizienten darstellt und δ(α4) die Änderung des Asche-Koeffizienten darstellt.
  • Das effektive Volumen Ve wird durch die folgende Gleichung berechnet:
    Figure DE102008061992B4_0004
    wobei α1 den ersten Filter-Koeffizienten darstellt, α4(n) den momentanen Asche-Koeffizienten darstellt, L die Länge eines Kanals in dem Filter darstellt und A einen effektiven Querschnitt des Filters darstellt.
  • Die Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) kann mittels der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt werden.
  • Die Abgasdurchflussmenge Qexh kann mittels eines Durchflussmessgeräts oder eines Luftmassendurchflusssensors und eines damit gemeinsam in einem Motor installierten Durchflussmessgeräts detektiert werden, wobei die Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) mittels eines Drucksensors detektiert werden kann und/oder das effektive Volumen Ve mittels einer Steuerungseinheit bestimmt werden kann.
  • Ferner weist gemäß weiteren verschiedenen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung ein System zur Berechnung eines effektiven Volumens Ve eines Dieselpartikelfilters das Folgende auf: eine Einrichtung zur Bestimmung, ob eine Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist, nachdem Ruß regeneriert worden ist, wobei die Regenerationsleistungsfähigkeit als gegeben bestimmt wird, wenn die Menge des Rußes nach der Regeneration kleiner als eine Schwellenwert-Rußmenge ist; eine Einrichtung zur Bestimmung, wenn die Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist, ob eine Bedingung zum in Erfahrung bringen eines Asche-Koeffizienten δ(α4) erfüllt ist; eine Einrichtung zur Detektierung einer Abgasdurchflussmenge Qexh des Abgases, wenn die Bedingung zum in Erfahrung bringen des Asche-Koeffizienten δ(α4) gegeben ist; eine Einrichtung zur Berechnung der durch Asche verursachten Änderung einer Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) des Abgases; eine Einrichtung zur Berechnung der Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) unter Verwendung der durch Asche verursachten Änderung der Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) des Abgases und der Abgasdurchflussmenge Qexh; eine Einrichtung zur Berechnung eines momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) unter Verwendung der Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) und eines früheren Asche-Koeffizienten α4(n-1); und/oder eine Einrichtung zur Bestimmung des effektiven Volumens Ve des Dieselpartikelfilters unter Verwendung des momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) und eines ersten Filter-Koeffizienten α1, wobei die Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) aus der Gleichung
    Figure DE102008061992B4_0005
    berechnet wird, wobei Δ(ΔPash(n)) die durch Asche verursacht Änderung der Druckdifferenz darstellt, μ einen Viskositätskoeffizienten des Abgases darstellt und Qexh die Abgasdurchflussmenge darstellt, und wobei das effektive Volumen Ve aus der Gleichung
    Figure DE102008061992B4_0006
    berechnet wird, wobei α1 den ersten Filterkoeffizienten darstellt, α4(n) den momentanen Asche-Koeffizienten darstellt, L die Länge eines Kanals in einem Filter darstellt und A den effektiven Querschnitt des Filters darstellt.
  • Das System kann ferner eine Einrichtung zur Bestimmung der Rußregenerationssteuerung aus dem berechneten effektiven Volumen Ve des Dieselpartikelfilters mit einschließen.
  • Die Verfahren und Geräte der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, welche in den hierin inkorporiert, angehängten Zeichnungen und der folgenden detaillierten Erläuterung der Erfindung, welche zusammen zum Erläutern bestimmter Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen, ersichtlich werden oder detaillierter dargestellt werden.
  • Im Folgenden werden die Zeichnungen kurz erläutert:
  • 1 ist eine schematische Darstellung, die einen beispielhaften Dieselpartikelfilter zeigt, der in einer Abgasleitung montiert ist.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Systems, das für ein Verfahren zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Diagramm, welches die Änderung des Asche-Koeffizienten zeigt, das in einem beispielhaften Verfahren zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
  • 5 ist eine schematische Darstellung, die das Innere eines beispielhaften Dieselpartikelfilters zeigt, der für ein beispielhaftes Verfahren zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
  • 6 ist ein Diagramm, welches die gemessene effektive Länge bezogen auf die berechnete effektive Länge zeigt, die mittels eines beispielhaften Verfahrens zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet worden sind.
  • Es wird nun detaillierter auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den angehängten Zeichnungen veranschaulicht und nachstehend erläutert sind. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit beispielhaften Ausführungsformen erläutert wird, soll die vorliegende Erläuterung die Erfindung selbstverständlich nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken. Im Gegensatz dazu, soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern ebenso verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert wird, mit eingeschlossen sind, abdecken.
  • 1 ist eine schematische Darstellung, die einen Dieselpartikelfilter zeigt, der in einer Abgasleitung montiert ist.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist der Dieselpartikelfilter 30 zwischen einer vorderen Abgasleitung 20 und einer hinteren Abgasleitung 50 montiert. Daher fließt das aus dem Motor 10 herausfließende Abgas über die vordere Abgasleitung 20 in den Dieselpartikelfilter 30 und der Dieselpartikelfilter 30 filtert das Abgas. Danach fließt das gefilterte Abgas über die hintere Abgasleitung 50 in die Luft hinaus.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines Systems, das für ein Verfahren zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
  • Wie in 2 gezeigt ist, umfasst ein System, das für ein Verfahren zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, einen Viskositätskoeffizienten-Sensor 110, einen Dichtesensor 120, einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 130, einen Drucksensor 140, einen Temperatursensor 150, ein Durchflussmessgerät 160 sowie eine Steuerungseinheit 170.
  • Der Viskositätskoeffizienten-Sensor 110 wird an die vordere Abgasleitung 20 montiert, detektiert den Viskositätskoeffizienten des Abgases und übermittelt ein dazu entsprechendes Signal an die Steuerungseinheit 170.
  • Anstelle der Verwendung des Viskositätskoeffizienten-Sensors 110 kann der Viskositätskoeffizient des Abgases als eine Funktion der Abgastemperatur in der Steuerungseinheit 170 gespeichert sein und unter Verwendung des gemessenen Wertes des Temperatursensors 150 berechnet werden.
  • Der Dichtesensor 120 ist an der vorderen Abgasleitung 20 montiert, detektiert die Dichte des Abgases und übermittelt ein dazu entsprechendes Signal an die Steuerungseinheit 170. Anstelle der Verwendung des Dichtesensors 120 kann die Dichte des Abgases unter Verwendung der gemessenen Werte des Drucksensors 140 und des Temperatursensors 150 in der Steuerungseinheit 170 berechnet werden.
  • Der Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 130 ist an einem Fahrzeugrad montiert, detektiert die Fahrzeuggeschwindigkeit und übermittelt ein dazu entsprechendes Signal an die Steuerungseinheit 170.
  • Die Drucksensoren 140 sind jeweils an der vorderen Abgasleitung 20 und der hinteren Abgasleitung 50 montiert, detektieren den Abgasdruck der vorderen Abgasleitung 20 und den Abgasdruck der hinteren Abgasleitung 50 und übermitteln ein dazu entsprechendes Signal an die Steuerungseinheit 170.
  • Der Temperatursensor 150 ist an einem Einlassbereich des Dieselpartikelfilters 30 montiert, detektiert die Temperatur des Abgases und übermittelt ein dazu entsprechendes Signal an die Steuerungseinheit 170.
  • Das Durchflussmessgerät 160 ist an der vorderen Abgasleitung 20 oder der hinteren Abgasleitung 50 montiert, detektiert die Durchflussmenge des Abgases und übermittelt ein dazu entsprechendes Signal an die Steuerungseinheit 170. Anstelle der Verwendung des Durchflussmessgeräts 160 kann die Abgasdurchflussmenge unter Verwendung der gemeinsamen Werte des Luftmassendurchfluss-Sensors und des Kraftstoffdurchflussmessgeräts, welche üblicherweise in dem Motor 10 installiert sind, berechnet werden.
  • Die Steuerungseinheit 170 kann durch einen oder mehrere Prozessoren realisiert sein, die mit einem vorbestimmten Programm betrieben werden, und das vorbestimmte Programm kann zur Durchführung eines jeden Schrittes eines Verfahrens zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung programmiert sein.
  • Die Steuerungseinheit 170 empfängt Signale, die dem Viskositätskoeffizienten und der Dichte des Abgases, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Abgasdrücke der vorderen Abgasleitung 20 und der hinteren Abgasleitung 50, der Temperatur des Abgases sowie der Durchflussmenge des Abgases entsprechen, jeweils von dem Viskositätskoeffizientensensor 110, dem Dichtesensor 120, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 130, den Drucksensoren 140, dem Temperatursensor 150 und dem Durchflussmessgerät 160. Die Steuerungseinheit 170 berechnet die Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4), den momentanen Asche-Koeffizienten α4(n), sowie das effektive Volumen Ve des Dieselpartikelfilters 30, basierend auf den empfangenen Signalen.
  • Zusätzlich dazu berechnet die Steuerungseinheit 170 eine Filterdruckdifferenz, welche eine Differenz zwischen dem Abgasdruck der vorderen Abgasleitung 20 und dem Abgasdruck der hinteren Abgasleitung 50 ist.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Nachdem Ruß im Schritt S210 regeneriert worden ist, bestimmt die Steuerungseinheit 170 im Schritt S220, ob eine Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist. Die Regenerationsleistungsfähigkeit steht für eine vollständige Rußregeneration und für den Fall, dass die Rußmenge kleiner als ein Rußmengen-Schwellenwert Sth ist, bestimmt die Steuerungseinheit 170, dass die Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist und beendet die Rußregeneration. Natürlich kann der Rußmengen-Schwellenwert Sth wie gewünscht eingestellt werden.
  • Wenn die Regenerationsleistungsfähigkeit nicht gegeben ist, setzt die Steuerungseinheit 170 die Rußregeneration fort.
  • Wenn die Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist, bestimmt die Steuerungseinheit 170 im Schritt S230, ob die Bedingung des in Erfahrung Bringen eines Asche-Koeffizienten gegeben ist.
  • Im Allgemeinen wird die Filterdruckdifferenz ΔP aus der folgenden Gleichung 1 berechnet. ΔP = ΔPclean_filter + ΔPsoot + ΔPash Gleichung 1
  • Hier steht ΔPclean_filter für die Druckdifferenz in einem reinen Filter und ist ein konstanter Wert, ΔPsoot steht für die durch Ruß verursachte Druckdifferenz und ist ein variabler Wert und ΔPash steht für die durch Asche verursachte Druckdifferenz und ist ein variabler Wert.
  • Zusätzlich werden die Druckdifferenz ΔPclean_filter in einem reinen Filter, die durch Ruß verursachte Druckdifferenz ΔPsoot und die durch Asche verursachte Druckdifferenz ΔPash jeweils aus der folgenden Gleichung 2, Gleichung 3 bzw. Gleichung 4 berechnet. ΔPclean_filter = α1·μ·Qexh + α2·ρ·Qexh Gleichung 2 ΔPsoot = α3·μ·Qexh Gleichung 3 ΔPash = α4·μ·Qexh Gleichung 4
  • Hier steht μ für den Viskositätskoeffizienten des Abgases, Qexh steht für die Durchflussmenge des Abgases und ρ steht für die Dichte des Abgases.
  • Zusätzlich steht α1 für einen ersten Filter-Koeffizienten, α2 steht für einen zweiten Filter-Koeffizienten, α3 steht für einen Ruß-Koeffizienten und α4 steht für einen Asche-Koeffizienten.
  • α1 und α2 werden nach Durchführung von Experimenten unter Verwendung eines neuen Dieselpartikelfilters ohne Ruß und Asche eingestellt, und α3 wird ebenso nach Experimenten zur Rußansammlung unter Verwendung eines neuen Dieselpartikelfilters eingestellt.
  • Jedoch ist α4 in Übereinstimmung mit der Aschenmenge ein variabler Wert und somit muss die Bedingung zum in Erfahrung bringen des Asche-Koeffizienten erfüllt sein, um α4 zu messen.
  • Die Bedingung zum in Erfahrung bringen des Asche-Koeffizienten ist dann erfüllt, wenn die Abgasdurchflussmenge innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, die Änderungsrate der Filterdruckdifferenz pro Zeiteinheit kleiner als eine vorbestimmte Änderungsrate ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich einer vorbestimmten Geschwindigkeit ist. D. h., in einem Zustand, dass die durch die Rußansammlung verursachte Änderung der Druckdifferenz sehr klein ist, beginnt die in Erfahrungbringung bzw. Bestimmung des Asche-Koeffizienten. Der vorbestimmte Bereich, die vorbestimmte Änderungsrate und die vorbestimmte Geschwindigkeit kann wahlweise durch einen Fachmann auf diesem Gebiet eingestellt werden.
  • Wenn die Bedingung zum in Erfahrung bringen des Asche-Koeffizienten gegeben ist, setzt die Steuerungseinheit 170 im Schritt S240 einen Taktgeber bzw. Zähler (d. h., n wird auf 1 gesetzt) zurück, das Durchflussmessgerät 160 detektiert im Schritt S250 die Abgasdurchflussmenge Qexh und die Steuerungseinheit 170 berechnet im Schritt S260 die durch Asche verursachte Änderung der Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)).
  • Die durch Asche verursachte Änderung der Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) wird durch Subtrahieren einer früheren durch Asche verursachten Druckdifferenz ΔPash(n-1) von der momentanen durch Asche verursachten Druckdifferenz ΔPash(n) berechnet. Da in diesem Falle die durch Ruß verursachte Änderung der Druckdifferenz sehr klein ist, wird die durch Asche verursachte Druckdifferenz ΔPash(n) durch Subtrahieren der aus der Gleichung 2 berechneten Druckdifferenz ΔPclean_filter im reinen Filter von der durch die Drucksensoren 140 detektierten Filterdruckdifferenz ΔP berechnet. Inzwischen wird eine anfängliche Druckdifferenz ΔPash(0), verursacht durch die Asche, auf 0 gesetzt.
  • Danach berechnet die Steuerungseinheit 170 im Schritt S270 die Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) aus der folgenden Gleichung 5.
  • Figure DE102008061992B4_0007
  • Wie aus 4 ersichtlich ist, kann die Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) gemäß dem Verfahren der kleinsten Quadrate berechnet werden.
  • Danach berechnet die Steuerungseinheit 170 im Schritt S280 einen momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) aus der folgenden Gleichung 6. α4(n) = (α4(n-1) + δ(α4)) Gleichung 6
  • Hier ist α4(n-1) ein früherer Asche-Koeffizient und α4(0) wird auf 0 gesetzt.
  • Danach wiederholt die Steuerungseinheit 170 die Schritte S250 bis S280 im vorbestimmten Takt (in einer vorbestimmten Zahl) np.
  • D. h., dass die Steuerungseinheit 170 im Schritt S290 bestimmt, ob ein Takt n gleich zu dem vorbestimmten Takt np ist.
  • Wenn der Takt n unterschiedlich zu dem vorbestimmten Takt np ist, wird der Taktgeber im Schritt S310 um 1 gesteigert (d. h., n = n + 1), und die Steuerungseinheit 170 wiederholt die Schritte S250 bis S280.
  • Wenn der Taktgeber n gleich dem vorbestimmten Takt np ist, speichert die Steuerungseinheit 170 den momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) und berechnet im Schritt S300 das effektive Volumen.
  • Das effektive Volumen wird folgendermaßen berechnet.
  • Wenn ein gleichförmiger Durchfluss in einem Zustand, in dem die Rußregenerierung beendet ist, angenommen wird, ist das Innere des Dieselpartikelfilters 30 verkürzt, wie in 5 gezeigt ist.
  • Gemäß dem Gesetz nach Darcy wird die Filterdruckdifferenz ΔP durch die folgende Gleichung 7 dargestellt.
  • Figure DE102008061992B4_0008
  • Hier steht k für eine Wanddurchlässigkeit, w steht für eine Wanddicke, Dh steht für ein Durchflussmessgerät, x steht für eine effektive Länge eines Kanals und A steht für einen effektiven Querschnitt des Filters und ist durch die Gleichung A = 4Dhx dargestellt.
  • Falls keine Asche vorhanden ist, d. h., falls die effektive Länge x des Kanals gleich der Länge L des Kanals ist und der momentane Asche-Koeffizient α4(n) gleich 0 ist, ist die Filterdruckdifferenz ΔP durch die folgende Gleichung 8 dargestellt.
  • Figure DE102008061992B4_0009
  • Falls sich Asche angesammelt hat und die effektive Länge x des Kanals gleich der Länge Le ist, ist die Filterdruckdifferenz ΔP durch die folgende Gleichung 9 dargestellt.
  • Figure DE102008061992B4_0010
  • Die nachstehende Gleichung 10 kann aus der Gleichung 8 und der Gleichung 9 erhalten werden.
  • Figure DE102008061992B4_0011
  • Deshalb wird das effektive Volumen Ve aus der folgenden Gleichung 11 berechnet.
  • Figure DE102008061992B4_0012
  • 6 ist ein Diagramm, welches die gemessene effektive Länge zu der berechneten effektiven Länge zeigt, die mittels eines Verfahrens zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung berechnet werden.
  • Wie in 6 gezeigt ist, liegt die effektive Länge, die durch das Verfahren zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung berechnet wird, innerhalb eines 5% Bereichs der gemessenen effektiven Länge. Deshalb kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das effektive Volumen des Dieselpartikelfilters präzise berechnet werden.
  • Wie vorstehend erläutert worden ist, kann das effektive Volumen eines Dieselpartikelfilters durch einen in Erfahrung gebrachten Wert eines Asche-Koeffizienten präzise berechnet werden.
  • Zusätzlich dazu kann, da die durch Asche verursachte Änderung des effektiven Volumens unter Verwendung von gemessenen Werten von Sensoren unabhängig vom Fahrzeugtyp und dem Zustand eines Fahrzeugs, des Kraftstoffverbrauchs und des Ölverbrauchs berechnet wird, die Zeit und der Aufwand zur Modifizierung einer Aschenmenge reduziert werden.
  • Zur leichteren Erläuterung und zur genauen Definition werden die Ausdrücke „vorne” oder „hinten”, „innerhalb” usw. in den angehängten Ansprüchen zur Erläuterung der Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die Positionen dieser Merkmale, wie sie in den Figuren gezeigt sind, verwendet.
  • Die vorhergehenden Beschreibungen der speziellen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zum Zwecke der Veranschaulichung und Erläuterung präsentiert. Sie sollen aber nicht als abschließend oder als eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung auf die präzise offenbarten Formen angesehen werden und offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der vorstehenden Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und erläutert, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um dadurch Fachleuten auf diesem Gebiet das Ausführen und die Verwendung verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon zu ermöglichen. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die hieran angehängten Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungsformen definiert wird.
  • Ein Verfahren zur Berechnung des effektiven Volumens eines Dieselpartikelfilters gemäß der vorliegenden Erfindung schließt das Folgende mit ein: Bestimmen, ob eine Regenerationsleistungsfähigkeit vorliegt; wenn die Regenerationsleistungsfähigkeit vorliegt, Bestimmen, ob eine Bedingung zum in Erfahrung bringen des Asche-Koeffizienten gegeben ist; Bestimmen einer Abgasdurchflussmenge Qexh, wenn die Bedingung zum in Erfahrung bringen des Asche-Koeffizienten gegeben ist; Berechnen der durch Asche verursachten Änderung einer Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)); Berechnen der Änderung eines Asche-Koeffizienten δ(α4) unter Verwendung der durch Asche verursachten Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) und der Abgasdurchflussmenge Qexh; Berechnen eines momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) unter Verwendung der Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) und eines früheren Asche-Koeffizienten α4(n-1); und Berechnen des effektiven Volumens Ve unter Verwendung des momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) und eines ersten Filter-Koeffizienten α1.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Berechnung eines effektiven Volumens Ve eines Dieselpartikelfilters, umfassend: Bestimmen, ob eine Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist, nachdem Ruß regeneriert worden ist, wobei die Regenerationsleistungsfähigkeit als gegeben bestimmt wird, wenn die Menge des Rußes nach der Regeneration kleiner als eine Schwellenwert-Rußmenge ist; Bestimmen, wenn eine Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist, ob eine Bedingung erfüllt ist, um einen Asche-Koeffizienten δ(α4) in Erfahrung zu bringen; Detektieren einer Abgasdurchflussmenge Qexh eines Abgases, wenn die Bedingung zum in Erfahrung bringen des Aschegehalts δ(α4) gegeben ist; Berechnen der Änderung der durch Asche verursachten Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) des Abgases; Berechnen der Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) unter Verwendung der Änderung der durch Asche verursachten Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) des Abgases und der Abgasdurchflussmenge Qexh; Berechnen eines momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) unter Verwendung der Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) und eines früheren Asche-Koeffizienten α4(n-1) und Bestimmen des effektiven Volumens Ve des Dieselpartikelfilters unter Verwendung des momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) und eines ersten Filterkoeffizienten α1, wobei die Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) aus der Gleichung
    Figure DE102008061992B4_0013
    berechnet wird, wobei Δ(ΔPash(n)), die durch Asche verursachte Änderung der Druckdifferenz darstellt, μ einen Viskositätskoeffizienten des Abgases darstellt und Qexh die Abgasdurchflussmenge darstellt, und wobei das effektive Volumen Ve aus der Gleichung
    Figure DE102008061992B4_0014
    berechnet wird, wobei α1 den ersten Filterkoeffizienten darstellt, α4(n) den momentanen Asche-Koeffizienten darstellt, L die Länge eines Kanals in einem Filter darstellt und A einen effektiven Querschnitt des Filters darstellt.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen der Regenerationssteuerung des Rußes aus der Bestimmung des effektiven Volumens Ve des Dieselpartikelfilters umfasst.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bedingung zum in Erfahrung bringen des Asche-Koeffizienten als erfüllt bestimmt wird, wenn die Abgasdurchflussmenge innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, eine Änderungsrate der Filterdruckdifferenz pro Zeiteinheit kleiner als eine vorbestimmte Änderungsrate ist und eine Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich einer vorbestimmten Geschwindigkeit ist.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der momentane Asche-Koeffizient α4(n) aus der Gleichung α4(n) = (α4(n-1) + δ(α4) berechnet wird, wobei α4(n-1) den früheren Asche-Koeffizienten darstellt und δ(α4) die Änderung des Asche-Koeffizienten darstellt.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) mittels eines Verfahrens der kleinsten Quadrate bestimmt wird.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 1 zur Berechnung des effektiven Volumens Ve des Dieselpartikelfilters, wobei: die Abgasdurchflussmenge Qexh mittels eines Durchflussmessgeräts oder eines Luftmassendurchflusssensors und eines Kraftstoffdurchflussmessgeräts, die üblicherweise in einem Motor eingebaut sind, detektiert wird; die Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) mittels eines Drucksensors detektiert wird; und das effektive Volumen Ve mittels einer Steuerungseinheit bestimmt wird.
  7. Ein System zur Berechnung eines effektiven Volumens Ve eines Dieselpartikelfilters, umfassend: eine Einrichtung zur Bestimmung, ob eine Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist, nachdem Ruß regeneriert worden ist, wobei die Regenerationsleistungsfähigkeit als gegeben bestimmt wird, wenn die Menge des Rußes nach der Regeneration kleiner als eine Schwellenwert-Rußmenge ist; eine Einrichtung zur Bestimmung, wenn die Regenerationsleistungsfähigkeit gegeben ist, ob eine Bedingung zum in Erfahrung bringen eines Asche-Koeffizienten δ(α4) erfüllt ist; eine Einrichtung zur Detektierung einer Abgasdurchflussmenge Qexh eines Abgases, wenn die Bedingung zum in Erfahrung bringen des Asche-Koeffizienten δ(α4) erfüllt ist; eine Einrichtung zur Berechnung der durch Asche verursachten Änderung einer Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) des Abgases; eine Einrichtung zur Berechnung der Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) unter Verwendung der durch Asche verursachten Änderung der Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) des Abgases und der Abgasdurchflussmenge Qexh; eine Einrichtung zur Berechnung eines momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) unter Verwendung der Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) und eines früheren Asche-Koeffizienten α4(n-1); und eine Einrichtung zur Bestimmung des effektiven Volumens Ve des Dieselpartikelfilters unter Verwendung des momentanen Asche-Koeffizienten α4(n) und eines ersten Filterkoeffizienten α1, wobei die Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) aus der Gleichung
    Figure DE102008061992B4_0015
    berechnet wird, wobei Δ(ΔPash(n)) die durch Asche verursacht Änderung der Druckdifferenz darstellt, μ einen Viskositätskoeffizienten des Abgases darstellt und Qexh die Abgasdurchflussmenge darstellt, und wobei das effektive Volumen Ve aus der Gleichung
    Figure DE102008061992B4_0016
    berechnet wird, wobei α1 den ersten Filterkoeffizienten darstellt, α4(n) den momentanen Asche-Koeffizienten darstellt, L die Länge eines Kanals in einem Filter darstellt und A den effektiven Querschnitt des Filters darstellt.
  8. Das System nach Anspruch 7, ferner umfassend eine Einrichtung zur Bestimmung der Regenerationssteuerung des Rußes, basierend auf dem berechneten effektiven Volumen Ve des Dieselpartikelfilters.
  9. Das System nach Anspruch 7, wobei die Bedingung zum in Erfahrung bringen des Asche-Koeffizienten als gegeben bestimmt wird, wenn die Abgasdurchflussmenge innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, eine Änderungsrate der Filterdruckdifferenz pro Zeiteinheit kleiner als eine vorbestimmte Änderungsrate ist und eine Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich einer vorbestimmten Geschwindigkeit ist.
  10. Das System nach Anspruch 7, wobei der momentane Asche-Koeffizient α4(n) aus der Gleichung α4(n) = (α4(n-1) + δ(α4)) berechnet wird, wobei α4(n-1) den früheren Asche-Koeffizienten darstellt und δ(α4) die Änderung des Asche-Koeffizienten darstellt.
  11. Das System nach Anspruch 7, wobei die Änderung des Asche-Koeffizienten δ(α4) mittels eines Systems der kleinsten Quadrate bestimmt wird.
  12. Das System nach Anspruch 7 zur Berechnung des effektiven Volumens Ve eines Dieselpartikelfilters, wobei die Abgasdurchflussmenge Qexh mittels eines Durchflussmessgeräts oder eines Luftmassendurchflusssensors und eines Kraftstoffdurchflussmessgeräts, die üblicherweise in einen Motor installiert sind, detektiert wird; die Druckdifferenz Δ(ΔPash(n)) mittels eines Drucksensors detektiert wird; und das effektive Volumen Ve mittels einer Steuerungseinheit bestimmt wird.
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