DE102010055641A1 - Method for determining soot loading of particulate filter i.e. diesel particulate filter, in exhaust gas path of internal combustion engine, involves determining deviation of soot entry depending on reference and actual values - Google Patents

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Abstract

The method involves supplying fuel with a predetermined injection pressure reference value (p-K-soll) of an internal combustion engine (10). A soot loading in transient operation situation is determined by determining soot entry of a particulate filter (22). The soot entry for corresponding stationary operating point is determined and/or corrected in the situation, so that deviation of the soot entry is accounted corresponding to operation situation. Deviation of the soot entry is determined depending on the reference value and measured injection pressure actual value (p-K-ist). An independent claim is also included for a controlling device for determining soot loading of a particulate filter, comprising a stored injection pressure-dependent characteristic.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters, welcher in einem Abgasweg einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, die mit einem vorbestimmten Kraftstoffmassen-Sollwert und mit einer Luftmasse entsprechend einem vorbestimmten Ladedruck-Sollwert betrieben wird. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Ausführung des Verfahrens eingerichtete Steuereinrichtung.The invention relates to a method for determining a soot load of a particulate filter, which is arranged in an exhaust path of an internal combustion engine, which is operated with a predetermined fuel mass setpoint and with an air mass corresponding to a predetermined boost pressure setpoint. The invention further relates to a control device configured for carrying out the method.

Bekannterweise werden Partikelfilter in Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, eingesetzt, um Ruß und andere partikulären Abgasbestandteile aus dem Abgas herauszufiltern. Um ihre Filterkapazität zu erhalten, müssen von Zeit zu Zeit (etwa nach jeweils 500 bis 1500 km) die Partikelfilter vom Ruß befreit werden. Dazu wird der Motor von der Normalbetriebsart in die Partikelfilterregenerationsbetriebsart umgeschaltet, bei der Abgastemperaturen von 550 bis 650°C erzeugt werden, bei denen die gespeicherte Rußmasse auf dem Filter unter Verbrauch von Luftsauerstoff abgebrannt wird. Zur Feststellung der Regenerationsnotwendigkeit ist die Ermittlung der genauen Beladung des Partikelfilters von großer Bedeutung. Ist nämlich die tatsächlich in dem Partikelfilter gespeicherte Rußmasse größer als die ermittelte, können bei der Regeneration unzulässig hohe Temperaturen infolge der Rußüberbeladung auftreten, die zur Beeinträchtigung des Filters führen können. Wird die ermittelte Beladung im umgekehrten Fall hingegen als zu hoch eingeschätzt, wird die zulässige Beladungskapazität des Filters nicht vollständig genutzt mit der Folge eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs aufgrund der unnötig häufigen Partikelfilterregenerationen. Darüber hinaus kann es infolge verstärkter Motorölverdünnung zu erhöhtem Triebwerkverschleiß kommen.As is known, particulate filters are used in exhaust systems of internal combustion engines, in particular diesel engines, in order to filter out soot and other particulate exhaust components from the exhaust gas. In order to maintain their filter capacity, the particulate filters must be cleaned of soot from time to time (approximately every 500 to 1500 km). To do this, the engine is switched from the normal mode to the particulate filter regeneration mode where exhaust gas temperatures of 550 to 650 ° C are generated at which the stored soot mass on the filter is consumed by consuming atmospheric oxygen. To determine the need for regeneration, the determination of the exact load of the particulate filter is of great importance. If, in fact, the soot mass actually stored in the particulate filter is greater than that determined, unacceptably high temperatures can occur during regeneration as a result of the soot overburden, which can lead to impairment of the filter. On the other hand, if the determined load is considered to be too high in the opposite case, the permissible loading capacity of the filter is not fully utilized, resulting in increased fuel consumption due to unnecessarily frequent particle filter regeneration. In addition, increased engine oil degradation can lead to increased engine wear due to increased engine oil dilution.

Ein bekannter Ansatz zur Ermittlung einer Partikelfilterbeladung macht sich den Umstand zunutze, dass mit zunehmender Beladung der Abgasgegendruck vor dem Filter ansteigt. Konkret wird der Abgasgegendruck oder die Druckdifferenz vor und hinter dem Filter mittels Drucksensoren gemessen und mit einem betriebspunktabhängigen Schwellenwert verglichen, dessen Überschreitung zur Auslösung der Filterregeneration führt. Von diesem Ansatz macht beispielsweise die DE 10 2004 013 603 B4 Gebrauch.A known approach to determining a particulate filter loading exploits the fact that with increasing load the exhaust backpressure in front of the filter increases. Specifically, the exhaust gas backpressure or the pressure difference upstream and downstream of the filter is measured by means of pressure sensors and compared with an operating point-dependent threshold, the exceeding of which leads to the triggering of the filter regeneration. From this approach makes the example DE 10 2004 013 603 B4 Use.

DE 101 40 048 B4 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung einer Partikelbeladung eines Dieselpartikelfilters, der einem mittels eines Abgasturboladers aufgeladenen Dieselmotor nachgeschaltet ist. Dabei wird mittels eines Ladedrucksensors ein aktueller Ladedruck im Ansaugkrümmer gemessen und mit einem betriebspunktabhängigen Referenz-Ladedruck verglichen. Der Referenz-Ladedruck entspricht einem, bei dem vorliegenden Betriebspunkt zu erwartenden Ladedruck bei einem regenerierten, d. h. partikelfreien Partikelfilter. Überschreitet die Differenz aus dem Referenz-Ladedruck und dem gemessenen Ladedruck einen Schwellenwert, so wird dies als Indiz für einen kritischen Füllstand des Dieselpartikelfilters angesehen und der Filter regeneriert. In einer alternativen, aber grundsätzlich analogen Vorgehensweise geht DE 101 40 048 B4 von einem Abgasturbolader aus, dessen Turbinenschaufeln mit einer geregelten Verstellung ausgestattet sind. In einem geschlossenen Regelkreis wird die Schaufelstellung auf einen vorbestimmten Soll-Ladedruck geregelt. In diesem Ansatz wird die Ist-Stellung der Turbinenschaufeln gemessen und mit einer betriebspunktabhängigen Referenz-Schaufelstellung verglichen. Überschreitet die Differenz aus beiden einen vorbestimmten Schwellenwert, wird eine Filterregeneration ausgelöst. Beide Ansätze lösen grundsätzlich nicht das Problem, in dynamischen Betriebssituationen eine gute Genauigkeit der Bestimmung der Filterbeladung zu gewährleisten. DE 101 40 048 B4 describes a method for determining a particle load of a diesel particulate filter, which is connected downstream of a charged by means of an exhaust gas turbocharger diesel engine. In this case, by means of a boost pressure sensor, a current boost pressure in the intake manifold is measured and compared with an operating point-dependent reference boost pressure. The reference boost pressure corresponds to a boost pressure to be expected at the present operating point in the case of a regenerated, ie particle-free particulate filter. If the difference between the reference boost pressure and the measured boost pressure exceeds a threshold value, this is regarded as an indication of a critical fill level of the diesel particulate filter and the filter is regenerated. In an alternative, but basically analogous approach is DE 101 40 048 B4 from an exhaust gas turbocharger whose turbine blades are equipped with a regulated adjustment. In a closed loop, the vane position is regulated to a predetermined desired boost pressure. In this approach, the actual position of the turbine blades is measured and compared with an operating point-dependent reference blade position. If the difference between both exceeds a predetermined threshold value, a filter regeneration is triggered. Both approaches basically do not solve the problem of ensuring a good accuracy of the determination of the filter load in dynamic operating situations.

Einen grundsätzlich zur Druck- bzw. Differenzdruckmessung unterschiedlichen Ansatz liefern modellbasierte Verfahren, welche die Rußbeladung modellieren, indem der Rußmassenstrom des Abgases und damit der Rußeintrag in den Filter abgeschätzt wird. Hierfür werden betriebspunktabhängige Kennfelder genutzt, welche den Rußgehalt des Abgases in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt, in der Regel in Form von Motordrehzahl und Motorlast (welche gemäß Solldrehmoment oder Kraftstoffmasse einfließt), angeben. Unter Berücksichtigung des Rußaustrages infolge passiver und aktiver Filterregenerationen erfolgt die Ermittlung der Filterbeladung durch Integration.A fundamentally different approach to pressure or differential pressure measurement provide model-based methods that model the soot loading by the soot mass flow of the exhaust gas and thus the Rußeintrag is estimated in the filter. For this purpose, operating point-dependent maps are used which indicate the soot content of the exhaust gas as a function of the operating point, usually in the form of engine speed and engine load (which flows according to target torque or fuel mass). Taking into account the soot emissions as a result of passive and active filter regeneration, the filter loading is determined by integration.

Aus DE 102 34 340 B4 ist bekannt, die Rußbeladung eines katalytischen Partikelfilters zu bestimmen, indem einerseits der motorische Rußeintrag kennfeldmäßig ermittelt wird und andererseits die katalytische Umsetzung des Rußes mit NO2 auf dem Filter beladungsreduzierend berücksichtigt wird.Out DE 102 34 340 B4 It is known to determine the soot loading of a catalytic particulate filter, on the one hand, the motor soot entry is determined by map and on the other hand, the catalytic conversion of the soot with NO 2 is taken into account on the filter load-reducing.

In DE 10 2005 017 348 A1 wird ebenfalls ein kennfeldbasierter Ansatz zur Ermittlung der Filterbeladung herangezogen. Insbesondere wird hier die Schwerpunktlage der Kraftstoffverbrennung im Zylinder, d. h. die Kurbelwellenposition, bei der 50% der eingespritzten Kraftstoffmenge umgesetzt sind, sowie der Kraftstoffeinspritzdruck bestimmt. Aus einem empirisch ermittelten Kennfeld, das die Abhängigkeit der Rußemission von der Schwerpunktlage der Kraftstoffverbrennung und dem Einspritzdruck darstellt, wird die aktuelle Rußemission ausgelesen.In DE 10 2005 017 348 A1 A map-based approach for determining the filter load is also used. In particular, the center of gravity of fuel combustion in the cylinder, ie the crankshaft position at which 50% of the injected fuel quantity has been converted, and the fuel injection pressure are determined here. From an empirically determined characteristic map, which represents the dependence of the soot emission on the center of gravity of the fuel combustion and the injection pressure, the current soot emission is read out.

Sofern der Rußeintrag in Abhängigkeit vom Motorbetriebspunkt kennfeldmäßig ermittelt wird, entspricht dies dem nominellen Zustand für ein System im stationären Gleichgewichtszustand, bei dem die einzuregelnden Betriebsparameter, wie zugeführte Luft- und Kraftstoffmasse, EGR-Rate etc. und damit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda, mit den tatsächlich vorliegenden übereinstimmen. Dies ist jedoch unter dynamischen Bedingungen mitnichten der Fall. Insbesondere führen trägheitsbedingte Regelabweichungen zu gegenüber den stationären Rußemissionen stark abweichenden Emissionen, die nur schwer erfassbar sind. Dies liegt darin begründet, dass insbesondere in hochdynamischen Fahrzyklen der überwiegende Teil der Rußemissionen eine Folge instationärer und damit schwer erfassbarer Motorbetriebszustände ist. Unter diesen Bedingungen werden in dem jeweiligen momentanen Arbeitspunkt des Motors (auch Betriebspunkt genannt) die Sollwertvorgaben der Luft- und Kraftstoffzumessung infolge von Trägheiten der Regelstrecken und Stellglieder infolge hoher Fahrdynamik nicht erreicht. Dies trifft in besonderem Maße auf die Ladeluftdruckregelung zu, da diese mit Abstand die größte Trägheit aufweist.If the soot entry is determined as a function of the engine operating point according to the map, this corresponds to the nominal state for a steady-state steady state system in which the operating parameters to be adjusted, such as the supplied air and fuel mass, EGR rate, etc., and thus the air-fuel ratio lambda, coincide with those actually present. However, this is by no means the case under dynamic conditions. In particular, inertia-related control deviations lead to emissions which differ greatly from stationary soot emissions, and which are difficult to detect. This is due to the fact that, especially in highly dynamic driving cycles, the majority of the soot emissions is a consequence of unsteady and thus difficult to detect engine operating states. Under these conditions, the setpoint specifications of the air and fuel metering due to inertia of the controlled systems and actuators due to high driving dynamics are not reached in the respective current operating point of the engine (also called operating point). This is particularly true for the charge air pressure control, since this has the greatest inertia by far.

Aus DE 10 2006 055 562 B4 ist ein modellbasiertes Verfahren zur Ermittlung der Partikelfilterbeladung bekannt, welches den Rußgehalt des Abgases aus Kennfeldern ableitet, die als Zustandsgrößen für den Betriebspunkt den gemessenen oder abgeschätzten Lambda-Istwert sowie die aktuelle Abgasrückführrate (EGR-Rate) heranziehen. Optional können weitere Zustandsgrößen, insbesondere der Rail-Druck, Berücksichtigung finden. Die EGR-Rate kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem Quotienten aus dem Gasdruck im Ansaugkrümmer und dem Abgasdruck stromauf der Turbine des Turboladers ermittelt werden.Out DE 10 2006 055 562 B4 a model-based method for determining the particulate filter loading is known, which derives the soot content of the exhaust gas from maps that use the measured or estimated lambda actual value and the current exhaust gas recirculation rate (EGR rate) as state variables for the operating point. Optionally, further state variables, in particular the rail pressure, can be taken into account. The EGR rate can be determined, for example, as a function of the quotient of the gas pressure in the intake manifold and the exhaust gas pressure upstream of the turbine of the turbocharger.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Beladung eines Partikelfilters zur Verfügung zu stellen, das eine erhöhte Genauigkeit aufweist und einfach zu implementieren ist. Die Ermittlung der Beladung sollte dabei in Echtzeit beispielsweise im elektronischen Motorsteuergerät ausgeführt werden können und einen möglichst geringen Kalibrierungsaufwand erfordern. Ferner soll eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Steuereinheit bereitgestellt werden.The invention is based on the object of providing a method for determining the loading of a particulate filter which has increased accuracy and is easy to implement. The determination of the load should be able to be performed in real time, for example, in the electronic engine control unit and require the least possible calibration effort. Furthermore, a control unit suitable for carrying out the method is to be provided.

Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren sowie einer Steuereinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.These objects are achieved by a method and a control device having the features of the independent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft demnach die Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters, welcher in einem Abgasweg einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist eine Kraftstoffeinspritzanlage auf, welche Kraftstoff mit einem vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine zuführt. Vorzugsweise wird der Einspritzdruck in einem geschlossenen Regelkreis geregelt. Dabei wird zur Ermittlung der Rußbeladung zumindest in einer instationären Betriebssituation ein Rußeintrag in den Partikelfilter ermittelt, indem der Rußeintrag für einen entsprechenden stationären Betriebspunkt bestimmt und dieser so korrigiert wird, dass eine Abweichung des Rußeintrags infolge der instationären Betriebssituation berücksichtigt wird. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Abweichung des Rußeintrags infolge der instationären Betriebssituation wenigstens in Abhängigkeit des vorbestimmten Einspritdruck-Sollwerts und eines gemessenen Einspritzdruck-Istwerts bestimmt wird.The inventive method accordingly relates to the determination of a soot loading of a particulate filter, which is arranged in an exhaust path of an internal combustion engine. The internal combustion engine has a fuel injection system, which supplies fuel with a predetermined injection pressure setpoint to the cylinders of the internal combustion engine. Preferably, the injection pressure is regulated in a closed loop. In this case, to determine the soot loading, at least in a transient operating situation, a soot entry into the particulate filter is determined by determining the soot entry for a corresponding stationary operating point and correcting it so that a deviation of the soot entry due to the transient operating situation is taken into account. According to the invention, it is now provided that the deviation of the soot entry due to the transient operating situation is determined at least as a function of the predetermined injection pressure setpoint and a measured injection pressure actual value.

Die Erfindung berücksichtigt den Umstand, dass in einem gegebenen Arbeitspunkt der Verbrennungskraftmaschine die stationären Sollwertvorgaben des Kraftstoffdrucks (Einspritzdrucks) infolge von Trägheit der Regelstrecke und seiner Stellglieder bei hoher Fahrdynamik nicht errecht werden. Aus dieser instationären Regelabweichung des aktuellen (gemessenen) Einspritzdrucks von der Regelvorgabe resultiert nicht nur ein gewisser Fehler in der Kraftstoffzumessung, sondern vor allem auch eine verminderte Qualität der Gemischaufbereitung. So ist der Einspritzdruck maßgeblich für die bereitstehende Gemischbildungsenergie. Können die Einspritzdruck-Sollwerte aufgrund der Systemträgheiten bei hoher Dynamik nicht ausgeregelt werden, ist die Folge ein suboptimaler Verbrennungsprozess mit zum Teil stark erhöhten transienten Rußemissionen. Während bisherige Konzepte lediglich eine Abweichung der Luftzumessung im instationären Betrieb in Form von Abweichungen des Lambdawerts berücksichtigen, wurden Abweichungen der Gemischaufbereitungsqualität stets außer Acht gelassen. Der im Abgas gemessene Lambdawert erlaubt jedoch keine Aussage über die Qualität der Gemischaufbereitung und dem mit dieser zusammenhängenden Rußemissionsverhalten. Folglich wird durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung der Einspritzdruck-Regelabweisung erstmalig die Gemischaufbereitungsqualität bei der Bestimmung eines Beladungsgrades eines Partikelfilters berücksichtigt, wodurch die Genauigkeit des Verfahrens verbessert wird.The invention takes into account the fact that in a given operating point of the internal combustion engine, the stationary setpoint specifications of the fuel pressure (injection pressure) due to inertia of the controlled system and its actuators with high driving dynamics are not reached. From this transient deviation of the current (measured) injection pressure of the control specification results not only a certain error in the fuel metering, but above all, a reduced quality of the mixture preparation. Thus, the injection pressure is decisive for the available mixture formation energy. If the injection pressure setpoints can not be corrected due to the system inertia with high dynamics, the result is a suboptimal combustion process with in some cases greatly increased transient soot emissions. While previous concepts only considered a deviation of the air metering in transient operation in the form of deviations of the lambda value, deviations of the mixture preparation quality were always disregarded. However, the lambda value measured in the exhaust gas does not permit any information about the quality of the mixture preparation and the associated soot emission behavior. Consequently, by taking into account the injection pressure control rejection according to the invention for the first time, the mixture preparation quality is taken into account in the determination of a degree of loading of a particle filter, whereby the accuracy of the method is improved.

Da der Einspritzdruck üblicherweise ohnehin einer Regelung im Wege eines geschlossenen Regelkreises unterliegt, stehen bereits im Stand der Technik die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Parameter Einspritzdruck-Sollwert und gemessener Einspritzdruck-Istwert zur Verfügung. Somit erfordert das Verfahren praktisch keinen zusätzlichen instrumentellen Aufwand.Since the injection pressure is usually subject to regulation by means of a closed control loop, the parameters required for the process according to the invention are already available in the prior art for the injection pressure setpoint and the measured actual injection pressure value. Thus, the method requires virtually no additional instrumental effort.

Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Begriff „Einspritzdruck” in einem weiten Sinn verstanden und umfasst einen Druck des vor einem Kraftstoffinjektor vorliegenden Kraftstoffs unabhängig davon, ob dieser, wie bei Dieselmotoren üblich, direkt in die Zylinder eingespritzt wird oder im Falle von Vorgemischbildnern in ein Einlassrohr. Vorzugsweise handelt es sich jedoch um eine direkteinspritzende Verbrennungskraftmaschine. Weiterhin weist die Kraftstoffeinspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise ein Kraftstoffrail auf, in welchem der Kraftstoff mit hohem (geregelten) Kraftstoffdruck den Injektoren der Zylinder vorgelagert wird (so genanntes Common-Rail-Konzept). In diesem Fall entspricht der dem Verfahren zugrundeliegende Einspritzdruck den in dem Kraftstoffrail vorliegenden Raildruck.In the context of the present invention, the term "injection pressure" is understood in a broad sense and includes a pressure of the fuel present in front of a fuel injector, regardless of whether this, as in diesel engines usually injected directly into the cylinders or, in the case of premixing agents, into an inlet tube. Preferably, however, it is a direct-injection internal combustion engine. Furthermore, the fuel injection system of the internal combustion engine preferably has a fuel rail, in which the fuel with high (regulated) fuel pressure upstream of the injectors of the cylinder (so-called common rail concept). In this case, the injection pressure on which the method is based corresponds to the rail pressure present in the fuel rail.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die instationäre Abweichung des Rußeintrags in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert, dem gemessenen Einspritzdruck-Istwert sowie einem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird. Der Betriebs- oder Arbeitspunkt kann in diesem Fall insbesondere in Form einer aktuellen Motordrehzahl und Motorlast Berücksichtigung finden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit des Verfahrens noch weiter verbessert werden.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the transient deviation of the soot entry in dependence on the predetermined injection pressure setpoint, the measured injection pressure actual value and a current operating point of the internal combustion engine is determined. The operating or operating point can be considered in this case, in particular in the form of a current engine speed and engine load. In this way, the accuracy of the method can be further improved.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils ein Rußemissionswert oder ein hiermit korrelierender Wert in Abhängigkeit des Einspritzdruck-Sollwerts und des Einspritzdruck-Istwerts bestimmt wird und diese Rußemissionswerte in die Korrektur einfließen. Dabei können die Rußemissionswerte in Abhängigkeit des Einspritzdruck-Sollwerts bzw. des Einspritzdruck-Istwerts aus einer empirisch ermittelten gespeicherte Kennlinie ausgelesen werden, welche den Rußemissionswert in Abhängigkeit des Einspritzdrucks darstellt. Alternativ ist auch die Verwendung eines gespeicherten formelmäßigen Zusammenhangs zwischen Rußemissionswert und Einspritzdruck möglich.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that in each case a soot emission value or a value correlating therewith is determined as a function of the injection pressure setpoint and the injection pressure actual value and these soot emission values are included in the correction. In this case, the soot emission values can be read from an empirically determined stored characteristic curve as a function of the injection pressure setpoint or the injection pressure actual value, which represents the soot emission value as a function of the injection pressure. Alternatively, the use of a stored formulaic relationship between soot emission value and injection pressure is possible.

Aus dem Verhältnis des Rußemissionswerts für den Einspritzdruck-Istwert und des Rußemissionswerts für den Einspritzdruck-Sollwert oder aus den entsprechenden korrelierenden Werten wird in bevorzugter Ausführung ein (erster) Korrekturfaktor bestimmt, der in die Korrektur insbesondere durch Multiplikation mit dem stationären Rußmassenstrom einfließt. Bereits mit diesem sehr einfachen Modell wird eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Genauigkeit erreicht.From the ratio of the soot emission value for the injection pressure actual value and the soot emission value for the injection pressure target value or from the corresponding correlating values, a (first) correction factor is determined in a preferred embodiment, which is included in the correction, in particular by multiplication with the stationary soot mass flow. Even with this very simple model, an improved accuracy over the prior art is achieved.

Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens wird dadurch erreicht, dass ein zweiter Korrekturfaktor in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine aus einem Kennfeld ermittelt wird und der zweite Korrekturfaktor in die Korrektur einfließt.A further increase in the accuracy of the method is achieved in that a second correction factor is determined as a function of the current operating point of the internal combustion engine from a characteristic map and the second correction factor is included in the correction.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Steuereinrichtung zur Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Steuereinrichtung kann insbesondere in ein elektronisches Motorsteuergerät implementiert sein. Zur Ausführung des Verfahrens kann sie einen entsprechenden Algorithmus in gespeicherter und computer-lesbarer Form enthalten sowie eine gespeicherte einspritzdruckabhängige Kennlinie, welche einen Rußemissionswert oder einen korrelierenden Wert, insbesondere einen dimensionslosen Rußemissionskennwert, in Abhängigkeit von Einspritzdruck abbildet.The subject matter of the present invention is furthermore a control device for determining a soot charge of a particle filter, which is set up to carry out the method according to the invention. The control device can be implemented in particular in an electronic engine control unit. To carry out the method, it may contain a corresponding algorithm in stored and computer-readable form and a stored injection-pressure-dependent characteristic curve which maps a soot emission value or a correlating value, in particular a dimensionless soot emission characteristic, as a function of injection pressure.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 schematisch eine Verbrennungskraftmaschine mit zugeordneten Abgastrakt; 1 schematically an internal combustion engine with associated exhaust tract;

2 logisches Blockschaltbild eines Verfahrens gemäß Stand der Technik zur Ermittlung einer Beladung eines Partikelfilters; 2 Logical block diagram of a method according to the prior art for determining a load of a particulate filter;

3 logisches Blockschaltbild eines Verfahrens zur Ermittlung einer Beladung eines Partikelfilters gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung; 3 1 is a logical block diagram of a method for determining a charge of a particulate filter according to a preferred embodiment of the present invention;

4 einen detaillierten Ausschnitt des Blockschaltbildes nach 3 und 4 a detailed section of the block diagram after 3 and

5 schematisch eine einspritzdruckabhängige Rußemissions-Kennlinie. 5 schematically an injection pressure-dependent soot emission characteristic.

1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine, bei der es sich insbesondere um einen Dieselmotor handelt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst eine Mehrzahl von Zylindern 12, denen über ein Kraftstoffeinspritzsystem 14 Kraftstoff im Wege einer Vorgemischbildung, üblicherweise jedoch direkt, zugeführt wird. Ferner sind die Zylinder 12 mit einem Ansaugrohr 16, beispielsweise über einen nicht dargestellten Ansaugkrümmer, verbunden, über welches eine Luftzufuhr in die Verbrennungsräume der Zylinder 12 erfolgt; um darin ein zündfähiges Luft-Kraftstoff-Gemisch entsprechend einem gewünschten Lambda-Sollwert darzustellen. Zu diesem Zweck kann das Ansaugrohr 16 optional ein steuerbares Stellelement 18, beispielsweise eine Drosselklappe enthalten. 1 shows a total with 10 designated internal combustion engine, which is in particular a diesel engine. The internal combustion engine 10 includes a plurality of cylinders 12 which have a fuel injection system 14 Fuel is supplied by means of a premixing, but usually directly. Further, the cylinders 12 with a suction pipe 16 , For example, via an intake manifold, not shown, connected, via which an air supply into the combustion chambers of the cylinder 12 he follows; to present therein an ignitable air-fuel mixture corresponding to a desired lambda setpoint. For this purpose, the intake manifold 16 optionally a controllable actuator 18 , For example, contain a throttle.

Auf der anderen Seite sind (nicht dargestellte) Auslassöffnungen der Zylinder 12, üblicherweise über einen ebenfalls nicht dargestellten Abgaskrümmer, mit einem Abgaskanal 20 verbunden, in welches das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 einströmt. Der Abgaskanal 20 enthält einen Partikelfilter 22, insbesondere einen Dieselpartikelfilter DPF. Darüber hinaus können weitere Abgasreinigungskomponenten in dem Abgaskanal 20 angeordnet sein, wobei in 1 exemplarisch ein, dem DPF 22 vorgeschalteter Katalysator 24 dargestellt ist. Der vorgeschaltete Katalysator 24 oder auch weitere Katalysatoren können beispielsweise einen Oxidationskatalysator, einen NOx-Speicherkatalysator oder einen CRT-Katalysator umfassen.On the other side are (not shown) outlet openings of the cylinder 12 , usually via a likewise not shown Exhaust manifold, with an exhaust duct 20 connected, in which the exhaust gas of the internal combustion engine 10 flows. The exhaust duct 20 contains a particle filter 22 , in particular a diesel particulate filter DPF. In addition, further exhaust gas purification components in the exhaust duct 20 be arranged, in 1 as an example, the DPF 22 upstream catalyst 24 is shown. The upstream catalyst 24 or other catalysts may include, for example, an oxidation catalyst, a NO x storage catalyst or a CRT catalyst.

Das in 1 dargestellte System kann darüber hinaus selbstverständlich weitere bekannte Komponenten, wie ein externeres Abgasrückführungssystem oder einen Abgasturbolader, aufweisen. Abgasrückführungssysteme leiten in bekannter Weise einen Abgasteilstrom aus dem Abgaskanal 20 ab und führen diesen wieder dem Verbrennungsprozess des Motors 10 zu, indem er etwa in das Ansaugrohr 16 oder in den Abgaskrümmer eingeleitet wird. Auf diese Weise lassen sich Verbrennungstemperaturen absenken und somit die Bildung von Stickoxiden reduzieren. Abgasturbolader umfassen eine im Abgaskanal 20 angeordnete Turbine, die – angetrieben durch die kinetische Energie des Abgases – über eine Welle einen im Ansaugrohr angeordneten Verdichter antreibt, um somit die Ladeluft der Verbrennungskraftmaschine 10 zu komprimieren und auf diese Weise höhere Leistungen zu bewirken.This in 1 shown system may, of course, further known components, such as an external exhaust gas recirculation system or an exhaust gas turbocharger have. Exhaust gas recirculation systems direct a partial exhaust gas flow from the exhaust passage in a known manner 20 and lead this back to the combustion process of the engine 10 by putting it in the intake manifold 16 or is introduced into the exhaust manifold. In this way, combustion temperatures can be lowered and thus reduce the formation of nitrogen oxides. Exhaust gas turbochargers include one in the exhaust passage 20 arranged turbine which - driven by the kinetic energy of the exhaust gas - via a shaft drives a compressor arranged in the intake manifold, thus the charge air of the internal combustion engine 10 to compress and thus bring about greater benefits.

Das Kraftstoffeinspritzsystem 14 weist Kraftstoffinjektoren (Einspritzventile) 26 auf, wobei beispielsweise jedem Zylinder 12 jeweils ein Injektor 26 zugeordnet ist. Die Injektoren 26 stehen mit einem gemeinsamen Common-Rail 28 in Verbindung, in welchem der Kraftstoff in hochkomprimierter Form den Injektoren 26 vorgelagert wird. Üblicherweise wird der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank mittels einer Förderpumpe gefördert und vorverdichtet (Bauteile nicht in 1 dargestellt). Eine Hochdruckpunke 30 nimmt dann die Komprimierung des Kraftstoffs auf einen vorbestimmten Raildruck vor. Im Falle mehrerer Zylinderbänke kann jede Bank über ein eigenes Common-Rail verfügen.The fuel injection system 14 has fuel injectors (injectors) 26 on, for example, each cylinder 12 one injector each 26 assigned. The injectors 26 stand with a common common rail 28 in which the fuel in highly compressed form the injectors 26 is stored upstream. Usually, the fuel is conveyed from a fuel tank by means of a feed pump and precompressed (components not in 1 shown). A high pressure point 30 then takes the compression of the fuel to a predetermined rail pressure. In the case of several cylinder banks, each bank can have its own common rail.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 und deren Komponenten verfügen ferner über ein Steuer- und Regelsystem, dessen zentrales Element ein Motorsteuergerät 32 ist, das einerseits über Signalleitungen (in 1 mit gestrichelten Pfeilen dargestellt) Signale verschiedener Sensoren 34, 36 empfängt und andererseits über Steuerleitungen (durchgezogene Pfeile) verschiedene Stellglieder 18, 26, 30 ansteuert. Im Einzelnen empfängt das Steuergerät 26 ein Signal einer im Abgaskanal 20 angeordneten Lambdasonde 34, das mit einem Sauerstoffgehalt des Abgases und somit einem Lambda-Istwert λist korreliert. Die Lambdasonde sollte vorzugsweise als Breitbandsonde ausgestaltet sein und ist vorzugsweise an einer motornahen Position stromauf des ersten Katalysators 24 installiert. Ferner ist ein Drucksensor 36 im Common-Rail 28 angeordnet, der einen Einspritzdruck-Istwert p_Kist erfasst und an das Motorsteuergerät 32 übermittelt. Weitere (nicht dargestellte) Sensoren umfassen üblicherweise einen Drehzahlsensor, der die Motordrehzahl n misst sowie einen Sensor (z. B. einen Pedalwertgeber), der ein der Motorlast L entsprechendes Signal an das Motorsteuergerät 32 bereitstellt. Darüber hinaus können Temperatursensoren zur Erfassung der Motor- und/oder Kühlmitteltemperatur, Drucksensoren zur Erfassung des Umgebungsdrucks, Gassensoren zur Erfassung von Abgaskomponenten wie NOx und dergleichen vorgesehen sein.The internal combustion engine 10 and their components also have a control system whose central element is an engine control unit 32 is, on the one hand via signal lines (in 1 shown with dashed arrows) signals from different sensors 34 . 36 receives and on the other hand via control lines (solid arrows) various actuators 18 . 26 . 30 controls. In detail, the controller receives 26 a signal in the exhaust duct 20 arranged lambda probe 34 , which is correlated with an oxygen content of the exhaust gas and thus a lambda actual value λ. The lambda probe should preferably be designed as a broadband probe and is preferably at a position close to the engine upstream of the first catalyst 24 Installed. Further, a pressure sensor 36 in the common rail 28 arranged, which an injection pressure actual value p_K is detected and to the engine control unit 32 transmitted. Other sensors (not shown) typically include a speed sensor that measures engine speed n and a sensor (eg, a pedal sensor) that sends a signal corresponding to engine load L to the engine control unit 32 provides. In addition, temperature sensors for detecting the engine and / or coolant temperature, pressure sensors for detecting the ambient pressure, gas sensors for detecting exhaust gas components such as NO x and the like may be provided.

In Abhängigkeit der eingelesenen Signale ermittelt das Steuergerät 32 unter Verwendung abgespeicherter Kennfelder 38 Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 und korrespondierende Steuersignale für die Stellglieder, um gewünschte Sollwerte darzustellen. In diesem Zusammenhang ermittelt das Steuergerät 32 einen aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere in Form der Drehzahl n und der Motorlast L, und ermittelt aus einem abgespeicherten Kennfeld in Abhängigkeit des Betriebspunkts einen Kraftstoffmassen-Sollwert m_KSoll und steuert die Injektoren 26 des Kraftstoffeinspritzsystems 14 beispielsweise mit einem entsprechenden Öffnungszeitensignal an, um dem Motor 10 die gewünschte Kraftstoffmasse zuzuführen. Ferner ermittelt das Steuergerät 32 aus einem weiteren abgespeicherten Kennfeld in Abhängigkeit des Betriebspunkts (n, L) einen Ladedruck-Sollwert p_LSoll und steuert die Drosselklappe 18 und/oder den Verdichter des Turboladers mit einem entsprechenden Stellungssignal an, um den gewünschten Ladedruck im Ansaugkrümmer darzustellen. Darüber hinaus steuert das Steuergerät 32 in Abhängigkeit des gemessenen Einspritzdrucks (Raildrucks) p_Kist die Hochdruckpumpe 30 an, um einen vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert p_KSoll im Rail 28 darzustellen. Der Ladedruck p_L, die Kraftstoffmasse m_K sowie der Einspritzdruck p_K werden im Wege geschlossener Regelkreise so geregelt, dass Regelabweichungen minimiert werden.Depending on the signals read in, the control unit determines 32 using stored maps 38 Operating parameters of the internal combustion engine 10 and corresponding control signals for the actuators to represent desired setpoints. In this context, the controller determines 32 a current operating point of the internal combustion engine 10 , in particular in the form of the rotational speed n and the engine load L, and determines from a stored map as a function of the operating point a fuel mass desired value m_K desired and controls the injectors 26 of the fuel injection system 14 for example, with a corresponding opening time signal to the engine 10 to supply the desired fuel mass. Furthermore, the controller determines 32 from a further stored map as a function of the operating point (n, L) a boost pressure setpoint p_L target and controls the throttle 18 and / or the compressor of the turbocharger with a corresponding position signal to represent the desired boost pressure in the intake manifold. In addition, the controller controls 32 depending on the measured injection pressure (rail pressure) p_K is the high-pressure pump 30 to a predetermined injection pressure setpoint p_K Soll in the rail 28 display. The boost pressure p_L, the fuel mass m_K and the injection pressure p_K are regulated by means of closed control loops so that control deviations are minimized.

Der Partikelfilter 22 sammelt den im Abgas enthaltene Ruß und eventuell andere partikuläre Bestandteile an und muss bei Erreichen eines kritischen Beladungswertes regeneriert werden, um seine ursprüngliche Beladungskapazität und damit seine Filterfunktion wieder herzustellen. Um die Filterbeladung zu ermitteln, sind im Stand der Technik Ansätze bekannt, die den Rußeintrag und den Rußaustrag in den bzw. aus den DPF 22 kontinuierlich durch Rußmassensimulationsmodelle ermitteln und aufintegrieren, so dass eine kumulierte Beladung, die mit dem Beladungsschwellenwert verglichen werden kann, resultiert.The particle filter 22 collects the soot contained in the exhaust gas and possibly other particulate constituents and must be regenerated upon reaching a critical load value in order to restore its original loading capacity and thus its filter function. In order to determine the filter loading, approaches are known in the prior art, the soot entry and the Rußaustrag in or out of the DPF 22 continuously determined by Somassmassimulations models and integrate, so that a cumulative load, the can be compared with the loading threshold results.

Ein solches im Stand der Technik bekanntes Modell ist im Blockschaltbild der 2 schematisch dargestellt. Dieses Modell berücksichtigt typischerweise vier Einflüsse, die sich entweder beladungserhöhend oder beladungsreduzierend auswirken.Such a known in the art model is in the block diagram of 2 shown schematically. This model typically takes into account four influences that either increase load or reduce load.

Zunächst einmal fließt in das Modell der Rußmassenstrom aus der Motoremission bei stationärem Betrieb beladungserhöhend ein (Zweig a in 2). Dabei wird in Abhängigkeit der Eingangsgrößen Drehzahl, Drehmoment und eventuell des Umgebungsdrucks unter Verwendung von Emissionskennfeldern, die für den jeweiligen Betriebspunkt unter stationären, d. h. konstanten Bedingungen empirisch ermittelt wurden, die aktuelle Rußemission des Motors unter Annahme eines stationären Zustandes ermittelt.First of all, the soot mass flow from the engine emission flows into the model during stationary operation to increase the load (branch a in 2 ). In this case, depending on the input variables speed, torque and possibly the ambient pressure using emission maps, which were determined empirically for the respective operating point under steady state, ie constant conditions, the current soot emission of the engine determined assuming a steady state.

Weiterhin wird der ebenfalls beladungserhöhende Rußmassenstrom aus der Motoremission bei instationärem, also dynamischem Betrieb berücksichtigt (Zweig b in 2). Dieser wird hauptsächlich durch die instationären Abweichungen des aktuellen Lambdawertes λist vom stationären Lambdawert λREF im aktuellen Arbeitspunkt verursacht. Eingangsgrößen sind hier daher neben der Drehzahl und dem Drehmoment der gemessene Lambda-Istwert.Furthermore, the soot mass flow from the engine emission, which also increases the load, is taken into account in unsteady, ie dynamic operation (branch b in FIG 2 ). This is mainly due to the transient variations of the current lambda value λ is caused by the stationary lambda value λ REF in the current operating point. In this case, input variables are, in addition to the rotational speed and the torque, the measured lambda actual value.

Als weiterer Einfluss auf die Rußbeladung des DPF 22 wird eine NOx-Regeneration beladungsreduzierend berücksichtigt, bei der unter der Voraussetzung ausreichender Abgastemperaturen ein Abbrand des Rußes im Partikelfilter durch die im Abgas enthaltenden Stickoxide wie NO2 erfolgt (Zweig c in 2). Die NOx-Regeneration erfolgt in der Regel spontan und wird durch hohe Abgastemperaturen ausgelöst und nicht willkürlich eingeleitet. Eingangsgröße ist neben der Drehzahl und dem Drehmoment die Abgastemperatur.Another influence on the soot loading of the DPF 22 a NO x regeneration is considered load-reducing, in which under the condition of sufficient exhaust gas temperatures, a soot burns in the particulate filter by the nitrogen oxides contained in the exhaust gas such as NO 2 (branch c in 2 ). The NO x regeneration usually occurs spontaneously and is triggered by high exhaust gas temperatures and not initiated arbitrarily. In addition to the speed and the torque, the input quantity is the exhaust gas temperature.

Schließlich findet die thermische Rußregeneration Berücksichtigung, die in der Regel willkürlich bei Erreichen eines Beladungsschwellenwertes eingeleitet wird, indem Maßnahmen zur Anhebung der Abgas- und/oder Filtertemperatur eingeleitet werden (Zweig d in 2). Da die thermische Regeneration unter Verbrauch von Sauerstoff des Abgases als Oxidationsmittel stattfindet, gehen als Eingangsgrößen der Ermittlung der Rußaustragsrate neben der Drehzahl, dem Drehmoment und der Abgastemperatur auch der Lambdawert ein.Finally, thermal soot regeneration, which is usually initiated arbitrarily when a loading threshold value is reached, is taken into account by initiating measures to increase the exhaust gas and / or filter temperature (branch d in FIG 2 ). Since the thermal regeneration takes place with consumption of oxygen of the exhaust gas as the oxidizing agent, as input variables for determining the soot discharge rate, as well as the rotational speed, the torque and the exhaust gas temperature, also enter the lambda value.

Für alle Komponenten a) bis d) werden entsprechende Kennfelder verwendet, welche den Rußeintrag in den DPF bzw. den Rußaustrag aus dem DPF, beispielsweise in Form von Rußmassenströmen mit der Einheit mg/m3 oder mg/h oder mg/Arbeitsspiel, in Abhängigkeit von den genannten Eingangsgrößen abbilden. Die vier Einzelwerte a) bis d) werden laufend durch Addition bzw. Subtraktion miteinander verrechnet und über die Betriebszeit integriert (kumuliert), so dass das Resultat der Ermittlung eine absolute Rußmasse oder eine hiermit korrelierende Größe ist, die mit einem vorbestimmten kritischen Beladungsschwellenwert verglichen werden kann.For all components a) to d) corresponding maps are used, which the soot entry into the DPF or the Rußaustrag from the DPF, for example in the form of Rußmassenströmen with the unit mg / m 3 or mg / h or mg / cycle, depending from the mentioned input values. The four individual values a) to d) are continuously calculated by addition or subtraction and integrated (accumulated) over the operating time, so that the result of the determination is an absolute soot mass or a correlated therewith size, which are compared with a predetermined critical loading threshold can.

Die größte Schwierigkeit in dem Bestreben, die Beladung des DPF mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, stellt die Erfassung der Rußmassenströme in instationären, also dynamischen Betriebssituationen für alle Fahrzyklen dar. Es ist bekannt, dass die Rußemissionen beim Dieselmotor stark vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda) abhängen. Insbesondere sind diese in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Lambda = 1) besonders hoch. In dem bekannten Verfahren wird daher eine instationäre Lambda-Regelabweichung (Δλ) beispielsweise durch Vergleich des gemessenen momentanen Lambdawertes (Lambda-Istwert) mit einem stationären Lambda-Referenzwert berücksichtigt. Der Lambda-Istwert kann durch Messung im Abgasstrom erfasst werden. Ferner wird gemäß einer bekannten Vorgehensweise aus dem aktuellen Betriebspunkt, der in Form der aktuellen Drehzahl und des aktuellen Drehmoments eingelesen wird, ein stationärer Lambda-Referenzwert ermittelt, der einem empirisch ermittelten Kennfeld (Lambda-Referenzkennfeld) als Funktion der Drehzahl und des Drehmoments entnommen wird. Durch Subtraktionsbildung wird die Lambda-Abweichung Δλ berechnet, welche zusammen mit dem gemessenen Lambda-Istwert in ein Rußmassenstromkennfeld eingehen, um diesem den instationären Rußmassenstrom zu entnehmen, der zu dem stationären Rußmassenstrom addiert wird.The greatest difficulty in the effort to determine the loading of the DPF with high accuracy, the detection of soot mass flows in transient, ie dynamic operating situations for all driving cycles. It is known that the soot emissions in diesel engine greatly from the air-fuel ratio ( Lambda) depend. In particular, these are particularly high in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio (lambda = 1). In the known method, therefore, a transient lambda control deviation (Δλ) is taken into account by comparing the measured instantaneous lambda value (lambda actual value) with a stationary lambda reference value, for example. The lambda actual value can be detected by measuring in the exhaust gas flow. Furthermore, according to a known procedure from the current operating point, which is read in the form of the current speed and the current torque, a stationary lambda reference value is determined, which is taken from an empirically determined map (lambda reference map) as a function of speed and torque , By subtraction formation, the lambda deviation Δλ is calculated, which together with the measured lambda actual value enter into a soot mass flow characteristic map in order to take from it the transient soot mass flow which is added to the stationary soot mass flow.

Erfindungsgemäß wird bei der Ermittlung der instationären Rußemission die Regelabweichung des Einspritzdrucks (Raildrucks) infolge der Trägheit der Regelstrecke und ihrer Stellglieder ausgewertet und in der Modellierung der Rußmassenemissionen der Verbrennungskraftmaschine zur Ermittlung der DPF-Beladung berücksichtigt. Insbesondere wird die instationäre Abweichung des Rußeintrags wenigstens in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert (Raildruck-Sollwert) und einem gemessenen, tatsächlichen momentanen Einspritzdruck-Istwert (Raildruck-Istwert) bestimmt. Daneben kann der aktuelle Betriebspunkt, insbesondere in Form der aktuellen Motordrehzahl und des aktuellen Motordrehmoments, in das Modell einfließen. Die Berücksichtigung der Einspritzdruck-Regelabweichung erfolgt vorzugsweise zusätzlich zur Berücksichtigung der Lambdaabweichung, beispielsweise gemäß der vorstehend im Zusammenhang mit Zweig b) der 2 ausgeführten Vorgehensweise in Abhängigkeit des gemessenen, tatsächlichen momentanen Lambda-Istwerts.According to the invention, the control deviation of the injection pressure (rail pressure) due to the inertia of the controlled system and its actuators is evaluated and taken into account in the modeling of soot mass emissions of the internal combustion engine to determine the DPF loading in the determination of transient soot emission. In particular, the transient deviation of the soot entry is determined at least as a function of the predetermined injection pressure setpoint (rail pressure setpoint) and a measured actual actual injection pressure actual value (rail pressure actual value). In addition, the current operating point, in particular in the form of the current engine speed and the current engine torque, incorporated into the model. The consideration of the injection pressure control deviation is preferably carried out in addition to the consideration of the lambda deviation, for example according to the above in connection with branch b) of 2 executed procedure as a function of the measured actual instantaneous lambda actual value.

Ein Überblick des Prinzips des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 3 dargestellt, wobei die Zweige a), b), c) und d) grundsätzlich nach herkömmlichen Methoden, wie sie bereits im Zusammenhang mit 2 diskutiert wurden, ausgeführt werden können. Wesentlicher Unterschied zu der bekannten Vorgehensweise ist also die zusätzliche Berücksichtigung der Einspritzdruck-Regelabweichung bei der Ermittlung instationärer Einflüsse auf die Rußemission des Motors in Zweig e), die in Abhängigkeit des Raildruck-Istwerts und des Raildruck-Sollwerts und ferner optional der aktuellen Drehzahl und des aktuellen Drehmoments bestimmt wird. Aus diesen Größen wird letztendlich ein Korrekturfaktor gebildet, der durch Multiplikation mit der stationären und herkömmlich ermittelten instationären Rußemission aus den Zweigen a) und b) zu einen Rußmassenstrom (oder Rußeintrag) führt, welcher den tatsächlichen instationären Rußmasseneintrag mit sehr guter Genauigkeit abbildet.An overview of the principle of the inventive method is in 3 shown, wherein the branches a), b), c) and d) basically according to conventional methods, as already associated with 2 were discussed, can be performed. Significant difference to the known procedure is thus the additional consideration of the injection pressure control deviation in the determination of transient influences on the soot emission of the engine in branch e), depending on the rail pressure actual value and the rail pressure setpoint and also optionally the current speed and the current torque is determined. From these quantities, a correction factor is finally formed which, by multiplication with stationary and conventionally determined unsteady soot emission from branches a) and b), results in a soot mass flow (or soot entry) which maps the actual unsteady soot mass entry with very good accuracy.

Für die Umsetzung der erfindungsgemäßen Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters sind grundsätzlich unterschiedliche Berechnungsmethoden einsetzbar. Besonders bevorzugt ist jedoch ein nachfolgend dargestellter, vereinfachter Ansatz, der Vorteile angesichts Beschränkungen der Rechenleistung und des verfügbaren Speicherplatzes im Motorsteuergerät 32 aufweist und somit die Beladungsermittlung in Echtzeit erlaubt. Der Ansatz zeichnet sich darüber hinaus durch einen minimalen Aufwand für die Kalibrierung aus.For the implementation of the determination according to the invention of the soot loading of the particulate filter, fundamentally different calculation methods can be used. However, particularly preferred is a simplified approach shown below, the advantages in view of limitations of the processing power and the available memory space in the engine control unit 32 and thus allows the load determination in real time. The approach is also characterized by a minimum effort for the calibration.

Einzelheiten zu dem bevorzugten erfindungsgemäßen Ansatz zur Ermittlung der instationären Rußemission gemäß bevorzugter Ausführung sind in 4 dargestellt.Details of the preferred approach according to the invention for determining the transient soot emission are disclosed in US Pat 4 shown.

Zur Ermittlung eines Korrekturfaktors für den instationären Einfluss von Raildruck-Regelabweichungen wird der Raildruck-Istwert p_Kist im Common-Rail 28 mit dem Drucksensor 36 (s. 1) erfasst. Der Raildruck-Istwert p_Kist ist Eingangswert einer Kennlinie (Kennlinie_1 in 4), welche die Rußemission oder einen hiermit korrelierenden Wert funktional von dem Raildruck abbildet. Zur Veranschaulichung des prinzipiellen Zusammenhangs ist ein Beispiel einer solchen Kennlinie schematisch in 5 gezeigt, wobei hier gemäß einer bevorzugten Ausführung die Rußemission in Form eines dimensionslosen normierten Rußemissionskennwerts dargestellt ist. Ausgangsgröße dieses Verfahrensschritts ist somit ein Rußemissionskennwert für den tatsächlich gemessenen Raildruck p_Kist. Die Kennlinie kann etwa auf einem Motorprüfstand empirisch ermittelt werden, indem verschiedene Raildrücke eingestellt werden und die Rußemission der Verbrennungskraftmaschine gemessen wird.To determine a correction factor for the transient influence of rail pressure control deviations, the rail pressure actual value p_K is in the common rail 28 with the pressure sensor 36 (s. 1 ) detected. The rail pressure actual value p_K is input value is of a characteristic curve (in Kennlinie_1 4 ), which functionally maps the soot emission or a value correlated therewith from the rail pressure. To illustrate the basic relationship, an example of such a characteristic is shown schematically in FIG 5 shown here, wherein according to a preferred embodiment, the soot emission is shown in the form of a dimensionless normalized Rußemissionskennwerts. Output of this step is therefore a Rußemissionskennwert for the actually measured rail pressure is p_K. The characteristic can be determined empirically on an engine test bench, for example, by setting different rail pressures and measuring the soot emission of the internal combustion engine.

In einem weiteren oder parallelen Verfahrensschritt wird der Raildruck-Sollwert p_KSoll vom Motorsteuergerät 32 eingelesen und auf dieselbe Kennlinie (Kennlinie_1) angewendet, um einen Rußemissionskennwert für den Raildruck-Sollwert p_KSoll zu erhalten.In a further or parallel method step, the rail pressure setpoint p_K is set by the engine control unit 32 read in and applied to the same characteristic curve (characteristic_1) to obtain a soot emission characteristic value for the rail pressure setpoint p_KSoll.

Durch Division des für den Raildruck-Istwert p_Kist kennfeldmäßig erhaltenen Rußemissionskennwerts und des für den Raildruck-Sollwert p_KSoll erhaltenen Rußemissionskennwerts wird ein erster Korrekturfaktor (Korrekturfaktor 1) erhalten, der den Raildruck-Regelabweichungen in transienten Betriebssituationen mathematisch Rechnung trägt. Der Korrekturfaktor_1 kann in einfacher Ausgestaltung der Erfindung ohne weitere Modifizierung durch Multiplikation auf die stationäre Rußemission aus Zweig a) in 3 vorzugsweise nach der Berücksichtigung der lambdaabhängigen instationären Rußemission aus Zweig b) angewendet werden und so zu einem korrigierten, instationären Rußmassenstrom führen (nicht dargestellt).By dividing the actual value for the rail pressure is p_K Rußemissionskennwerts map moderately obtained and Rußemissionskennwerts obtained for the rail pressure setpoint value p_K target is a first correction factor (correction factor 1 ), which mathematically takes into account the rail pressure control deviations in transient operating situations. The correction factor_1 can in a simple embodiment of the invention without further modification by multiplication on the stationary soot emission from branch a) in 3 preferably after taking into account the lambda-dependent transient soot emission from branch b) and thus leading to a corrected, unsteady soot mass flow (not shown).

Die Genauigkeit des Verfahrens kann noch weiter verbessert werden, indem ein empirisch ermitteltes Kennfeld (Kennfeld_2 in 4) eingeführt wird, das eine arbeitspunktabhängige Empfindlichkeit (Verstärkung) abbildet. In dieser Ausführung wird in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunktes, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem Drehmoment, ein zweiter Korrekturfaktor (Korrekturfaktor 2) aus dem Kennfeld_2 ermittelt, welcher dem Arbeitspunkt der Verbrennungskraftmaschine Rechnung trägt. Durch Multiplikation des Korrekturfaktors_1 und des Korrekturfaktors_2 wird gemäß 5 der Korrekturfaktor erhalten, mit dem die berechnete stationäre Rußemission multipliziert wird. Genau genommen wird nach 4 die Abweichung des Korrekturfaktors_1 von 1 verstärkt gemäß: Korrekturfaktor = (Korrekturfaktor_1 – 1)·Korrekturfaktor_2 + 1 Somit ist in quasi-stationären Betriebszuständen des Motors, in denen der Raildruck-Sollwert ausgeregelt ist (p_Kist = p_KSoll), der Korrekturfaktor identisch 1 unabhängig davon, wie groß der betriebspunktabhängige Korrekturfaktor 2 ist.The accuracy of the method can be further improved by an empirically determined characteristic map (Kennfeld_2 in 4 ) introducing an operating point dependent sensitivity (gain). In this embodiment, depending on the current operating point, in particular as a function of the speed and the torque, a second correction factor (correction factor 2 ) determined from the map_2, which takes into account the operating point of the internal combustion engine. By multiplication of the correction factor_1 and the correction factor_2 according to 5 the correction factor is obtained, with which the calculated stationary soot emission is multiplied. Strictly speaking, it is after 4 Correction factor = (correction factor_1 - 1) · correction factor_2 + 1 Thus, in quasi-stationary operating conditions of the engine, in which the rail pressure setpoint is adjusted (p_K ist = p_K setpoint ), the correction factor is identical to 1 regardless of how large the operating point-dependent correction factor 2 is.

Anwendungsexperimente in der Praxis haben gezeigt, dass die oben beschriebene erfindungsgemäße Methode zur Ermittlung der Rußemission eines Motors bzw. einer Beladung eines DPF in Fahrzyklen mit hoher Fahrdynamik eine hohe Genauigkeit liefert, die mit den bekannten Modellfunktionen bislang nicht erreicht werden konnte.Practical application experiments have shown that the method according to the invention described above for determining the soot emission of a motor or a loading of a DPF in driving cycles with high driving dynamics provides a high level of accuracy which could not previously be achieved with the known model functions.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
1212
Zylindercylinder
1414
KraftstöffeinspritzsystemKraftstöffeinspritzsystem
1616
Luftansaugrohrair intake pipe
1818
Stellelement/DrosselklappeActuator / throttle
2020
Abgaskanalexhaust duct
2222
Partikelfilter (DPF)Particulate filter (DPF)
2424
Katalysatorcatalyst
2626
Kraftstoffinjektorfuel injector
2828
Common-RailCommon rail
3030
Hochdruckpumpehigh pressure pump
3232
MotorsteuergerätEngine control unit
3434
Lambdasondelambda probe
3636
Drucksensorpressure sensor
3838
Kennfelder/KennlinienMaps / characteristic curves
nn
MotordrehzahlEngine speed
LL
Motorlastengine load
λist λ is
Lambda-IstwertLambda actual value
m_KSoll m_K Soll
Kraftstoffmassen-SollwertFuel mass setpoint
p_Kist p_K is
Einspritzdruck-IstwertInjection pressure value
p_KSoll p_K target
Einspritzdruck-SollwertInjection pressure setpoint
p_LSoll p_L setpoint
Ladedruck-SollwertBoost pressure setpoint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Verfahren zur Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters (22), welcher in einem Abgasweg einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordnet ist, die eine Kraftstoffeinspritzanlage (14) aufweist, welche Kraftstoff mit einem vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert (p_KSoll) der Verbrennungskraftmaschine (10) zuführt, wobei zur Ermittlung der Rußbeladung in einer instationären Betriebssituation ein Rußeintrag in den Partikelfilter (22) ermittelt wird, indem der Rußeintrag für einen entsprechenden stationären Betriebspunkt bestimmt und dieser so korrigiert wird, dass eine Abweichung des Rußeintrags infolge der instationären Betriebssituation berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des Rußeintrags infolge der instationären Betriebssituation wenigstens in Abhängigkeit des vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwerts (p_KSoll) und eines gemessenen Einspritzdruck-Istwerts (p_Kist) bestimmt wird.Method for determining soot loading of a particulate filter ( 22 ), which in an exhaust path of an internal combustion engine ( 10 ), which is a fuel injection system ( 14 ), which fuel with a predetermined injection pressure setpoint (p_K Soll ) of the internal combustion engine ( 10 ), in order to determine the soot loading in a transient operating situation, a soot entry into the particulate filter ( 22 ) is determined by the soot entry for a corresponding stationary operating point and this is corrected so that a deviation of the Rußeintrags due to the transient operating situation is taken into account, characterized in that the deviation of the soot entry due to the transient operating situation at least depending on the predetermined injection pressure Setpoint (p_K setpoint ) and a measured injection pressure actual value (p_K ist ) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzanlage (14) ein Kraftstoffrail (28) aufweist und der Einspritzdruck einem in dem Kraftstoffrail (28) vorliegenden Raildruck entspricht.Method according to claim 1, characterized in that the fuel injection system ( 14 ) a fuel rail ( 28 ) and the injection pressure in the fuel rail ( 28 ) corresponds to the present rail pressure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die instationäre Abweichung des Rußeintrags in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert (p_KSoll), dem gemessenen Einspritzdruck-Istwert (p_Kist) sowie einem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine (10) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the transient deviation of the soot entry in dependence on the predetermined injection pressure setpoint (p_K setpoint ), the measured injection pressure actual value (p_K is ) and a current operating point of the internal combustion engine ( 10 ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Rußemissionswert oder ein hiermit korrelierender Wert in Abhängigkeit des Einspritzdruck-Sollwerts (p_KSoll) und des Einspritzdruck-Istwerts (p_Kist) bestimmt wird und die Rußemissionswerte in die Korrektur einfließen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in each case a soot emission value or a value correlated therewith in dependence on the injection pressure setpoint (p_K setpoint ) and the injection pressure actual value (p_K ist ) is determined and the soot emission values are included in the correction. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Korrekturfaktor aus dem Verhältnis der für den Einspritzdruck-Istwert (p_Kist) und den Einspritzdruck-Sollwert (p_KSoll) bestimmten Rußemissionswerte bestimmt wird und der erste Korrekturfaktor in die Korrektur einfließt.Method according to Claim 4, characterized in that a first correction factor is determined from the ratio of the soot emission values determined for the actual injection pressure value (p_K ist ) and the injection pressure desired value (p_K setpoint ), and the first correction factor is included in the correction. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Rußemissionswerte beziehungsweise der entsprechenden korrelierenden Werte eine gespeicherte einspritzdruckabhängige Kennlinie verwendet wird.Method according to one of Claims 4 to 5, characterized in that a stored injection-pressure-dependent characteristic is used to determine the soot emission values or the corresponding correlating values. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Korrekturfaktor in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine (10) aus einem Kennfeld ermittelt wird und der zweite Korrekturfaktor in die Korrektur einfließt.A method according to claim 2, characterized in that a second correction factor as a function of the current operating point of the internal combustion engine ( 10 ) is determined from a map and the second correction factor is included in the correction. Steuereinrichtung (32) zur Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters (22), die zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.Control device ( 32 ) for determining a soot charge of a particulate filter ( 22 ) arranged to carry out a method according to one of claims 1 to 7. Steuereinrichtung (32) nach Anspruch 8, umfassend eine gespeicherte einspritzdruckabhängige Kennlinie (38), welche einen Rußemissionswert oder einen korrelierenden Wert, insbesondere einen dimensionslosen Rußemissionskennwert, in Abhängigkeit von dem Einspritzdruck abbildet.Control device ( 32 ) according to claim 8, comprising a stored injection-pressure-dependent characteristic ( 38 ), which maps a soot emission value or a correlating value, in particular a dimensionless soot emission characteristic, as a function of the injection pressure.
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