DE102014201589B3 - Method for monitoring an internal combustion engine having a particle filter, control unit, internal combustion engine, computer program product and machine-readable medium - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Überwachung einer einen Partikelfilter (9) aufweisenden Brennkraftmaschine (1) mit folgenden Schritten vorgeschlagen: Zeitaufgelöstes Erfassen eines Differenzdrucks über dem Partikelfilter (9) in einem vorherbestimmten Zeitintervall (Δt); Ermitteln eines ersten zeitaufgelösten Rußbeladungsverlaufs (21) des Partikelfilters (9) in dem vorherbestimmten Zeitintervall (Δt) aus dem erfassten Differenzdruck; Anpassen einer ersten Funktion (25) an den ersten Rußbeladungsverlauf (21) in dem vorherbestimmten Zeitintervall (Δt); Ermitteln eines zweiten zeitaufgelösten Rußladungsverlaufs (23) in dem vorherbestimmten Zeitintervall (Δt) anhand eines Beladungsmodells in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter; Anpassen einer zweiten Funktion (27) an den zweiten Rußbeladungsverlauf (23) in dem vorherbestimmten Zeitintervall; Ermitteln eines ersten Werts (29) einer für eine zukünftige Rußbeladung des Partikelfilters (9) relevanten Größe aus der ersten Funktion (25) sowie eines zweiten Werts (31) der für die zukünftige Rußbeladung des Partikelfilters (9) relevanten Größe aus der zweiten Funktion (27), und Vergleichen des ersten Werts (29) mit dem zweiten Wert (31).A method is proposed for monitoring an internal combustion engine (1) having a particle filter (9) with the following steps: time-resolved detection of a differential pressure across the particle filter (9) in a predetermined time interval (Δt); Determining a first time-resolved soot loading course (21) of the particulate filter (9) in the predetermined time interval (Δt) from the detected differential pressure; Fitting a first function (25) to the first soot loading course (21) in the predetermined time interval (Δt); Determining a second time-resolved Rußladungsverlaufs (23) in the predetermined time interval (.DELTA.t) based on a loading model in response to at least one parameter; Adjusting a second function (27) to the second soot loading course (23) in the predetermined time interval; Determining a first value (29) of a variable relevant for a future soot loading of the particulate filter (9) from the first function (25) and a second value (31) of the variable relevant for the future soot loading of the particulate filter (9) from the second function ( 27), and comparing the first value (29) with the second value (31).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer einen Partikelfilter aufweisenden Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8, eine Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9, ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 10, sowie ein maschinenlesbares Medium gemäß Anspruch 11.The invention relates to a method for monitoring a particle filter having an internal combustion engine according to
Verfahren zur Überwachung einer einen Partikelfilter aufweisenden Brennkraftmaschine der hier angesprochenen Art sind bekannt. Insbesondere ist es bekannt, eine Rußbeladung des Partikelfilters einer solchen Brennkraftmaschine basierend auf einem gemessenen Differenzdruck zu bestimmen, der über dem Partikelfilter im Betrieb der Brennkraftmaschine abfällt. Dabei steigt der über dem Partikelfilter abfallende Differenzdruck mit steigender Rußbeladung. Ein Gradient des zeitaufgelöst erfassten Differenzdrucks wird ausgewertet um festzustellen, ob die Brennkraftmaschine im Rahmen einer gewünschten Betriebsweise funktioniert, oder ob sie einen Fehlerzustand aufweist. Beispielsweise deutet ein zu steiler Gradient daraufhin, dass die Brennkraftmaschine rußt. Nachteilig an einem solchen Verfahren ist allerdings, dass eine sehr aufwendige Kalibrierung nötig ist.Methods for monitoring an internal combustion engine having a particle filter of the type discussed here are known. In particular, it is known to determine a soot charge of the particulate filter of such an internal combustion engine based on a measured differential pressure which drops across the particulate filter during operation of the internal combustion engine. The falling over the particulate filter differential pressure increases with increasing soot loading. A gradient of the time-resolved detected differential pressure is evaluated to determine if the engine is operating within a desired operating mode or if it has a fault condition. For example, if the gradient is too steep, it indicates that the engine is running. A disadvantage of such a method, however, is that a very expensive calibration is necessary.
Aus der europäischen Patentanmeldung
Aus der internationalen Patentanmeldung
Aus der deutschen Veröffentlichung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, ein Steuergerät, eine Brennkraftmaschine, ein Computerprogrammprodukt sowie ein maschinenlesbares Medium zu schaffen, bei welchen die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention has for its object to provide a method, a control unit, an internal combustion engine, a computer program product and a machine-readable medium, in which the disadvantages mentioned do not occur.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Hierbei wird ein Differenzdruck, der im Betrieb der Brennkraftmaschine über dem Partikelfilter abfällt, in einem vorherbestimmten Zeitintervall zeitaufgelöst erfasst. Aus dem erfassten Differenzdruck wird ein erster zeitaufgelöster Verlauf einer Rußbeladung des Partikelfilters in dem vorherbestimmten Zeitintervall ermittelt. Insbesondere wird der erste zeitaufgelöste Rußbeladungsverlauf aus dem erfassten Differenzdruck berechnet. Es wird eine erste Funktion an den ersten Rußbeladungsverlauf in dem vorherbestimmten Zeitintervall angepasst. Ein zweiter zeitaufgelöster Rußbeladungsverlauf in dem vorherbestimmten Zeitintervall wird anhand eines Beladungsmodells in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter ermittelt. Insbesondere wird der zweite zeitaufgelöste Rußbeladungsverlauf anhand des Beladungsmodells berechnet. An den zweiten Rußbeladungsverlauf wird eine zweite Funktion in dem vorherbestimmten Zeitintervall angepasst. Aus der ersten Funktion wird ein erster Wert einer für eine zukünftige Rußbeladung des Partikelfilters relevanten Größe ermittelt. Der erste Wert wird vorzugsweise aus der ersten Funktion berechnet. Aus der zweiten Funktion wird ein zweiter Wert der für die zukünftige Rußbeladung des Partikelfilters relevanten Größe ermittelt. Der zweite Wert wird vorzugsweise aus der zweiten Funktion berechnet. Der erste Wert wird mit dem zweiten Wert verglichen. Dadurch, dass das Verfahren nicht alleine auf den erfassten Differenzdruck zurückgreift, sondern zusätzlich auf das vorzugsweise von dem Differenzdruck unabhängige Beladungsmodell, wobei eine Auswertung und damit eine Überwachung der Brennkraftmaschine auf einem Vergleich der differenzdruckbasierten Berechnung einerseits und der Berechnung auf Grundlage des Beladungsmodells andererseits basiert, bedarf es keiner aufwendigen Kalibrierung. Das Verfahren basiert vielmehr auf zwei unabhängig voneinander gewonnenen Prognosen bezüglich einer zukünftigen Rußbeladung, wobei die Vorhersagen beider Prognosen miteinander verglichen werden, um die Brennkraftmaschine zu überwachen.The object is achieved by providing a method with the steps of
Unter einem Differenzdruck, der über dem Partikelfilter abfällt, ist ein Druckunterschied in dem Abgasstrom stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters zu verstehen. Damit ergibt sich der Differenzdruck insbesondere als Differenz eines Drucks stromaufwärts, insbesondere unmittelbar stromaufwärts des Partikelfilters, und eines Drucks stromabwärts, insbesondere unmittelbar stromabwärts des Partikelfilters.Under a differential pressure that drops across the particulate filter, a pressure difference in the exhaust gas flow upstream and downstream of the particulate filter is to be understood. This results in the differential pressure in particular as the difference of a pressure upstream, in particular immediately upstream of the particulate filter, and a downstream pressure, in particular immediately downstream of the particulate filter.
Eine Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters aus dem Differenzdruck beziehungsweise eines Rußbeladungsverlaufs aus einem zeitaufgelöst erfassten Differenzdruck ist als solche bekannt, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird.A determination of the soot load of the particulate filter from the differential pressure or a soot loading curve from a time-resolved detected differential pressure is known as such, so it will not be discussed further here.
Der Differenzdruck wird vorzugsweise durch einen Differenzdrucksensor ermittelt, der unmittelbar einen Differenzdruck zwischen einer ersten Messstelle stromaufwärts des Partikelfilters und einer zweiten Messstelle stromabwärts desselben erfasst. Alternativ ist es möglich, dass mittels eines ersten Drucksensors, der stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist, ein erster Druckwert stromaufwärts des Partikelfilters gemessen wird, wobei mittels eines zweiten Drucksensors, der stromabwärts des Partikelfilters angeordnet ist, ein zweiter Druckwert stromabwärts desselben gemessen wird. Der Differenzdruck ergibt sich dann als Differenz des ersten und des zweiten Druckwerts.The differential pressure is preferably determined by a differential pressure sensor which directly detects a differential pressure between a first measuring point upstream of the particle filter and a second measuring point downstream thereof. Alternatively, it is possible that a first pressure value upstream of the particulate filter is measured by means of a first pressure sensor arranged upstream of the particulate filter, wherein a second pressure value downstream of the same is measured by means of a second pressure sensor which is arranged downstream of the particulate filter. The differential pressure then results as the difference between the first and the second pressure value.
Die zeitaufgelöste Erfassung des Differenzdrucks erfolgt vorzugsweise mit einer Auflösung von 5 ms bis 10 s, besonders bevorzugt mit einer Auflösung von 1 s. Bevorzugt werden der erste und der zweite zeitaufgelöste Rußbeladungsverlauf in dem vorherbestimmten Zeitintervall mit einer Auflösung von 5 ms bis 10 s, besonders bevorzugt mit einer Auflösung von 1 s ermittelt, insbesondere berechnet.The time-resolved detection of the differential pressure is preferably carried out with a resolution of 5 ms to 10 s, more preferably with a resolution of 1 s. Preferably, the first and the second time-resolved soot loading course in the predetermined time interval with a resolution of 5 ms to 10 s, particularly preferably determined with a resolution of 1 s, in particular calculated.
Das vorherbestimmte Zeitintervall wird vorzugsweise so gewählt, dass kurzfristige Schwankungen in den Rußbeladungsverläufen keinen oder nur einen geringen Einfluss auf das Ergebnis haben und insbesondere ausgemittelt werden. Bevorzugt beträgt das vorherbestimmte Zeitintervall mindestens 1 s bis höchstens 1 h, bevorzugt mindestens 1 min bis höchstens 30 min, bevorzugt mindestens 5 min bis höchstens 15 min, besonders bevorzugt 10 min.The predetermined time interval is preferably chosen so that short-term fluctuations in the soot loading processes have little or no effect on the result and are averaged out in particular. The predetermined time interval is preferably at least 1 s to at most 1 h, preferably at least 1 min to at most 30 min, preferably at least 5 min to at most 15 min, particularly preferably 10 min.
Im Rahmen des Verfahrens wird vorzugsweise ein normierter Differenzdruck erfasst. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass der Differenzdruck auf einen Differenzdruckwert bei unbeladenem Partikelfilter oder auf einen Differenzdruckwert bei maximal beladenem Partikelfilter bezogen wird. Auf diese Weise können Eigenschaften des konkreten Partikelfilters zugunsten einer einfacheren, insbesondere kalibrationsunabhängigen Betrachtungsweise herausgerechnet werden.As part of the method, a normalized differential pressure is preferably detected. It is possible, for example, that the differential pressure is related to a differential pressure value when the particle filter is unloaded or to a differential pressure value when the particle filter is loaded to the maximum. In this way, properties of the concrete particulate filter can be eliminated in favor of a simpler, in particular calibration-independent, approach.
Das Beladungsmodell ist vorzugsweise ein mathematisches Modell, welches den Rußbeladungsverlauf des Partikelfilters als Funktion von wenigstens einem Parameter der Brennkraftmaschine und/oder eines Abgasstroms derselben angibt, wobei das Beladungsmodell vorzugsweise nicht oder zumindest nicht explizit von dem Differenzdruck über dem Partikelfilter abhängt. Auf diese Weise sind der differenzdruckbasiert berechnete Rußbeladungsverlauf und der auf der Grundlage des Beladungsmodells berechnete Rußbeladungsverlauf voneinander unabhängig. Das Beladungsmodell hängt weiterhin bevorzugt nicht oder zumindest nicht direkt von dem Zustand des Partikelfilters ab. Es erlaubt aber vorzugsweise eine Aussage über den Rußgehalt in dem Abgas der Brennkraftmaschine, basierend auf dem wenigstens einen Parameter. Solche Beladungsmodelle sind für sich genommen bekannt, sodass hierauf nicht weiter im Detail eingegangen wird.The loading model is preferably a mathematical model which indicates the soot loading course of the particulate filter as a function of at least one parameter of the internal combustion engine and / or an exhaust gas flow thereof, the loading model preferably not or at least not explicitly depending on the differential pressure across the particulate filter. In this way, the soot load history calculated by differential pressure and the soot load history calculated based on the load model are independent of each other. The loading model furthermore preferably does not depend or at least does not depend directly on the condition of the particulate filter. However, it preferably allows a statement about the soot content in the exhaust gas of the internal combustion engine, based on the at least one parameter. Such loading models are known per se, so that will not be discussed in detail.
Das Beladungsmodell wird vorzugsweise auf der Grundlage einer Simulation der Brennkraftmaschine virtuell beziehungsweise computergestützt gewonnen. Dabei wird vorzugsweise auch eine virtuelle beziehungsweise computergestützte Kalibration des Beladungsmodells vorgenommen. Dies kann sehr einfach, wenig zeitaufwendig und kostengünstig geschehen.The loading model is preferably obtained on the basis of a simulation of the internal combustion engine virtually or computer-aided. In this case, a virtual or computer-aided calibration of the loading model is preferably carried out. This can very simple, time-consuming and cost-effective.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass anhand des Vergleichs eine gewünschte Betriebsweise oder ein Fehlerzustand der Brennkraftmaschine festgestellt wird. Die Überwachung der Brennkraftmaschine basiert also auf dem Vergleich der beiden unabhängig voneinander ermittelten Werte, die für eine zukünftige Rußbeladung des Partikelfilters charakteristisch sind und insoweit eine Prognose darstellen. Fallen die unabhängigen Prognosen deutlich auseinander, unterscheiden sich also die beiden Werte deutlich, lässt dies auf einen Fehlerzustand der Brennkraftmaschine schließen. Fallen die beiden Werte dagegen – vorzugsweise innerhalb eines Vertrauensintervalls – zusammen, weisen sie also eine vergleichsweise kleine Abweichung voneinander auf, wird auf eine gewünschte Betriebsweise der Brennkraftmaschine geschlossen.An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that a desired mode of operation or a fault condition of the internal combustion engine is determined based on the comparison. The monitoring of the internal combustion engine is thus based on the comparison of the two independently determined values which are characteristic of a future soot loading of the particulate filter and thus represent a prognosis. If the independent forecasts differ significantly, the two values differ significantly, indicating that the engine is in an error state. On the other hand, if the two values coincide-preferably within a confidence interval-they therefore have a comparatively small deviation from one another, it is concluded that a desired mode of operation of the internal combustion engine is involved.
Dadurch, dass das Verfahren auf zwei verschiedene und vorzugsweise voneinander unabhängige Methoden zur Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters zurückgreift, können mehr verschiedene Fehlerzustände ermittelt werden, als dies bei Rückgriff auf eine einzige Methode der Fall ist. Beispielsweise ist es bei einem ausschließlich auf dem erfassten Differenzdruck basierenden Verfahren nicht möglich, einen Fehlerzustand zu identifizieren, bei welchem der Partikelfilter defekt ist und zu viel Ruß durchlässt. In diesem Fall ergibt sich nämlich ein systematisch zu kleiner Gradient des Differenzdrucks, was bei dessen alleiniger Auswertung nicht als Fehlerzustand in Erscheinung tritt. Auch ein Fehlerzustand des Partikelfilters, bei welchem dieser zu wenig Ruß abbrennt, kann nicht durch Auswertung des Differenzdruckgradienten alleine festgestellt werden, da sich hierbei dauerhaft ein hohes Differenzdruckniveau einstellt. Außerdem können mithilfe des Vergleichs des differenzdruckbasierten Rußbeladungsverlaufs mit dem auf dem Beladungsmodell basierenden Rußbeladungsverlauf Fehler von Sensoren entdeckt werden, deren Messwerte in das Beladungsmodell eingehen. Diese wären als solche wiederum nicht bei einem Verfahren feststellbar, welches ausschließlich auf ein Beladungsmodell zurückgreift, weil dieses die fehlerfreie Funktion der Sensoren voraussetzt. Ein Fehlerzustand eines Oxidationskatalysators stromaufwärts des Partikelfilters und damit eine zu geringe Reaktivität für einen Abbrand des Rußes in dem Partikelfilter kann ebenfalls nur durch einen Vergleich der in verschiedener Weise ermittelten Rußbeladungsverläufe ermittelt werden. Insoweit gilt das gleiche wie für einen Fehlerzustand des Partikelfilters, bei welchem dieser zu wenig Ruß abbrennt.The fact that the method uses two different and preferably independent methods for determining the soot loading of the particulate filter, more different error conditions can be determined, as is the case with recourse to a single method. For example, in a method based solely on the sensed differential pressure, it is not possible to identify a fault condition in which the particulate filter is defective and allows too much soot to pass through. In this case, this results in a systematically too small gradient of the differential pressure, which does not appear as a fault condition in its sole evaluation. Even a fault condition of the particulate filter, in which this too little soot burns off, can not be determined by evaluating the differential pressure gradient alone, since this permanently sets a high differential pressure level. In addition, by comparing the differential pressure-based soot load history with the load-based model of soot load, errors can be detected by sensors whose measurements are included in the load model. These, in turn, would not be detectable as such in a method which relies exclusively on a loading model because this presupposes the error-free functioning of the sensors. An error state of an oxidation catalyst upstream of the particulate filter and thus too low a reactivity for combustion of the soot in the particulate filter can also be determined only by comparing the differently determined soot loadings. In that regard, the same applies as for a fault condition of the particulate filter, in which this burns too little soot.
Vorzugsweise werden im Rahmen des Verfahrens Maßnahmen getroffen, wenn ein Fehlerzustand der Brennkraftmaschine festgestellt wird. Dabei ist es möglich, dass eine Warnung, beispielsweise in Form des Aufleuchtens einer Warnleuchte oder allgemein eines Warnsignals, an einen Betreiber der Brennkraftmaschine abgegeben wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass aufgrund des erkannten Fehlerzustands eine Regeneration des Partikelfilters in verkürzten Zeitintervallen gestartet wird. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass – insbesondere abhängig von der Schwere des festgestellten Fehlerzustands – die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist es auch möglich, dass eine normale Regeneration des Partikelfilters im Rahmen des Verfahrens anhand des Vergleichs des ersten Werts und des zweiten Werts gesteuert wird.Preferably, measures are taken in the context of the method when a fault condition of the internal combustion engine is detected. It is possible that a warning, for example in the form of lighting a warning light or generally a warning signal, is delivered to an operator of the internal combustion engine. Alternatively or additionally, it is possible that due to the detected error condition, a regeneration of the particulate filter is started in shorter time intervals. Alternatively or additionally, it is also possible that - in particular depending on the severity of the detected fault condition - the internal combustion engine is switched off. In one embodiment of the method, it is also possible that a normal regeneration of the particulate filter is controlled in the context of the method based on the comparison of the first value and the second value.
Als erster Wert wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ein Gradient der ersten Funktion zu einem Endzeitpunkt des vorherbestimmten Zeitintervalls verwendet. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass als erster Wert ein über das vorherbestimmte Zeitintervall gemittelter Gradient der ersten Funktion verwendet wird. Entsprechend wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens als zweiter Wert ein Gradient der zweiten Funktion zu dem Endzeitpunkt des vorherbestimmten Zeitintervalls verwendet. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass als zweiter Wert ein über das vorherbestimmte Zeitintervall gemittelter Gradient der zweiten Funktion verwendet wird. Vorzugsweise werden für den ersten Wert und für den zweiten Wert übereinstimmende Größen verwendet, die sich allerdings für den ersten Wert auf die erste Funktion und für den zweiten Wert auf die zweite Funktion beziehen.The first value used in a preferred embodiment of the method is a gradient of the first function at an end time of the predetermined time interval. Alternatively or additionally, it is possible that a gradient of the first function averaged over the predetermined time interval is used as the first value. Accordingly, in a preferred embodiment of the method, a gradient of the second function at the end time of the predetermined time interval is used as the second value. Alternatively or additionally, it is possible that a gradient of the second function averaged over the predetermined time interval is used as the second value. Preferably, matching values are used for the first value and for the second value, which however relate to the first function for the first value and to the second function for the second value.
Als Gradient wird hier und im Folgenden im Übrigen ein Wert einer Ableitung einer betrachteten Funktion nach der Zeit bezeichnet.Incidentally, a gradient of a derivative of a function under consideration is referred to here and in the following as a gradient.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der erste Wert durch Extrapolieren der ersten Funktion auf einen vorherbestimmten Zeitpunkt nach dem vorherbestimmten Zeitintervall ermittelt wird. Der zweite Wert wird vorzugsweise durch Extrapolieren der zweiten Funktion auf den vorherbestimmten Zeitpunkt ermittelt. Es ist offensichtlich, dass gerade in diesem Fall der erste Wert und der zweite Wert charakteristisch sind für eine zukünftige Rußbeladung des Partikelfilters, insbesondere für die Rußbeladung zu dem vorherbestimmten Zeitpunkt, der zeitlich nach dem vorherbestimmten Zeitintervall liegt. Ein Abstand des vorherbestimmten Zeitpunkts von dem Ende des vorherbestimmten Zeitintervalls beträgt dabei vorzugsweise mindestens die Länge des vorherbestimmten Zeitintervalls, vorzugsweise die 1,5fache Länge des vorherbestimmten Zeitintervalls, vorzugsweise die doppelte Länge des vorherbestimmten Zeitintervalls. Es sind aber auch größere Abstände des vorherbestimmten Zeitpunkts zu dem Ende des vorherbestimmten Zeitintervalls möglich.An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the first value is determined by extrapolating the first function to a predetermined time after the predetermined time interval. The second value is preferably determined by extrapolating the second function to the predetermined time. It is obvious that in this case the first value and the second value are characteristic for a future soot loading of the particulate filter, in particular for soot loading at the predetermined time, which is later than the predetermined time interval. A distance of the predetermined time from the end of the predetermined time interval is preferably at least the length of the predetermined time interval, preferably 1.5 times the length of the predetermined time interval, preferably twice the length of the predetermined time interval Time interval. However, larger distances of the predetermined time to the end of the predetermined time interval are possible.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt der zeitliche Abstand zwischen dem Ende des vorherbestimmten Zeitintervalls und dem vorherbestimmten Zeitpunkt 20 min. Besonders wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher zusätzlich die Länge des vorherbestimmten Zeitintervalls 10 min beträgt, wobei der Abstand des vorherbestimmten Zeitpunkts zu dem Ende des vorherbestimmten Zeitintervalls gerade dessen doppelte Länge beträgt.In a preferred embodiment of the method, the time interval between the end of the predetermined time interval and the predetermined time is 20 minutes. In particular, an embodiment of the method is preferred in which additionally the length of the predetermined time interval is 10 minutes, the distance of the predetermined time point to the end of the predetermined time interval being just twice its length.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die erste Funktion stetig, differenzierbar, oder stetig und differenzierbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Funktion vorzugsweise stetig, differenzierbar, oder stetig und differenzierbar. Solche Funktionen können besonders einfach an die ermittelten Rußbeladungsverläufe angepasst werden.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the first function is continuous, differentiable, or continuous and differentiable. Alternatively or additionally, the second function is preferably continuous, differentiable, or continuous and differentiable. Such functions can be adapted particularly easily to the determined soot loadings.
Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform des Verfahrens, bei welchem die erste Funktion eine Gerade ist. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise die zweite Funktion eine Gerade. Die Anpassung einer Gerade an wenigstens einen der beiden Rußbeladungsverläufe ist besonders einfach. Vorzugsweise wird hierzu die Methode der kleinsten Fehlerquadrate (least squares fitting) angewendet. Die Anpassung einer Gerade an einen Rußbeladungsverlauf hat außerdem den Vorteil, dass eine Mittelung von dessen Verlauf in dem vorherbestimmten Zeitintervall durchgeführt wird, sodass sich kurzfristige Ausreißer besonders wenig bemerkbar machen. Vielmehr wird durch Anpassen der Gerade ein Trend erhalten, der dann bevorzugt auf einen in der Zukunft liegenden, vorherbestimmten Zeitpunkt extrapoliert wird. Auch die Extrapolation ist besonders einfach durchführbar, wenn als Funktion eine Gerade an einen Rußbeladungsverlauf angepasst wird.Particularly preferred is an embodiment of the method in which the first function is a straight line. Alternatively or additionally, the second function is preferably a straight line. The adaptation of a straight line to at least one of the two soot load profiles is particularly simple. Preferably, the method of least squares fitting is used for this purpose. The adaptation of a straight line to a soot load curve also has the advantage that an averaging of its course is performed in the predetermined time interval, so that short-term outliers make particularly little noticeable. Rather, by adjusting the straight line, a trend is obtained, which is then preferably extrapolated to a future, predetermined time point. The extrapolation is also particularly easy to carry out if a straight line is adapted to a soot loading course as a function.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Abweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Wert ermittelt wird. Diese wird mit einer vorherbestimmten Grenzabweichung verglichen. Es ist dann beispielsweise möglich, eine gewünschte Betriebsweise der Brennkraftmaschine festzustellen, wenn die Abweichung kleiner ist als die vorherbestimmte Grenzabweichung. Dagegen kann ein Fehlerzustand der Brennkraftmaschine festgestellt werden, wenn die Abweichung größer ist als die vorherbestimmte Grenzabweichung. Je nach Ausgestaltung des Verfahrens ist es möglich, eine gewünschte Betriebsweise oder einen Fehlerzustand der Brennkraftmaschine festzustellen, wenn die Abweichung gerade der vorherbestimmten Grenzabweichung entspricht. Letztlich wird über die Ermittlung der Abweichung und deren Vergleich mit der vorherbestimmten Grenzabweichung festgestellt, ob die beiden Berechnungsmethoden für den Rußbeladungsverlauf innerhalb eines festgelegten Vertrauensintervalls miteinander korrelieren, wobei im positiven Fall davon ausgegangen wird, dass das System fehlerfrei funktioniert. Überschreitet die Abweichung die vorherbestimmte Grenzabweichung, wird dagegen eine fehlende Korrelation der beiden Methoden festgestellt, woraus auf einen Fehler geschlossen werden kann.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that a deviation between the first and the second value is determined. This is compared with a predetermined limit deviation. It is then possible, for example, to determine a desired operation of the internal combustion engine when the deviation is smaller than the predetermined limit deviation. In contrast, a fault condition of the internal combustion engine can be determined if the deviation is greater than the predetermined limit deviation. Depending on the configuration of the method, it is possible to determine a desired mode of operation or a fault state of the internal combustion engine, if the deviation just corresponds to the predetermined limit deviation. Finally, by determining the deviation and comparing it with the predetermined limit deviation, it is determined whether the two soot loading history calculation methods correlate with each other within a specified confidence interval, assuming, in the positive case, that the system is functioning properly. On the other hand, if the deviation exceeds the predetermined limit deviation, a missing correlation of the two methods is found, from which an error can be deduced.
In diesem Zusammenhang wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass als Abweichung eine Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert berechnet wird. Dabei wird vorzugsweise der Betrag der Differenz mit der vorherbestimmten Grenzabweichung verglichen. Auf diese Weise kann grundsätzlich festgestellt werden, ob die beiden Methoden miteinander korrelieren, oder ob eine relevante Abweichung festzustellen ist.In this context, an embodiment of the method is preferred, which is characterized in that a difference between the first value and the second value is calculated as a deviation. In this case, the amount of the difference is preferably compared with the predetermined limit deviation. In this way, it can basically be determined whether the two methods correlate with each other, or whether a relevant deviation is found.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Vorzeichen der Differenz herangezogen, um einen Fehlerzustand der Brennkraftmaschine zu identifizieren. Lässt beispielsweise der Partikelfilter zu viel Ruß durch, ergibt sich ein systematisch zu kleiner Gradient des Differenzdrucks und der aus diesem berechneten Rußbeladung. In diesem Fall ist voraussichtlich der erste Wert deutlich kleiner als der zweite Wert, sodass sich abhängig von der Reihenfolge der Differenzbildung das entsprechende Vorzeichen ergibt. Wird beispielsweise der zweite Wert von dem ersten Wert abgezogen, ergibt sich ein negatives Vorzeichen. Brennt dagegen der Partikelfilter zu wenig Ruß ab, ergibt sich ein dauerhaft hohes Niveau des Druckgradienten und der aus diesem berechneten Rußbeladung, wobei das Beladungsmodell – das auf einem fehlerfreien System basiert – keine entsprechend hohe Beladung vorhersagt. Daher ergibt sich in diesem Fall bei Abzug des zweiten Werts von dem ersten Wert ein positives Vorzeichen. Weist ein Sensor, dessen Messwert in das Beladungsmodell eingeht, einen Fehler auf, resultiert aus dem Beladungsmodell systematisch eine falsche Rußbeladung, die von der über den Differenzdruck ermittelten Rußbeladung abweicht. Das Vorzeichen der Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert hängt in diesem Fall allerdings von dem konkreten Sensorfehler ab. Ein Defekt in einem dem Partikelfilter vorgelagerten Oxidationskatalysator führt zu einem zu geringen Abbrand im Partikelfilter, woraus sich bei Abzug des zweiten Werts von dem ersten Wert ein positives Vorzeichen analog zu dem Fall ergibt, in dem der defekte Partikelfilter zu wenig Ruß abbrennt.In a particularly preferred embodiment of the method, the sign of the difference is used to identify a fault condition of the internal combustion engine. If, for example, the particulate filter allows too much soot, the result is a systematically too small gradient of the differential pressure and the soot load calculated therefrom. In this case, the first value is likely to be significantly smaller than the second value, so that the corresponding sign results depending on the order of the difference formation. If, for example, the second value is subtracted from the first value, the result is a negative sign. On the other hand, if the particulate filter burns too little soot, a permanently high level of the pressure gradient and the soot charge calculated from it results, whereby the load model - which is based on a defect-free system - does not predict a correspondingly high load. Therefore, in this case, if the second value is subtracted from the first value, a positive sign results. If a sensor whose measured value is included in the load model has an error, the load model results in a systematically wrong soot load, which deviates from the soot load determined by the differential pressure. However, the sign of the difference between the first value and the second value in this case depends on the specific sensor error. A defect in an oxidation catalyst upstream of the particle filter leads to a too low burnup in the particle filter, resulting in a positive sign analogous to the case in which the defective particle filter burns off too little soot when the second value is subtracted from the first value.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der wenigstens eine Parameter, der in das Beladungsmodell eingeht, ein Parameter ist, der charakteristisch ist für Verbrennungsbedingungen in einem Brennraum der Brennkraftmaschine. Auf diese Weise sagt der Parameter etwas aus über die Rußentwicklung während der Verbrennung, wodurch er Rückschlüsse auf den Rußgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine und somit auch Rückschlüsse auf einen Verlauf der Rußbeladung im Partikelfilter erlaubt. Es ist offensichtlich, dass ein solcher Parameter unabhängig ist von dem tatsächlich über dem Partikelfilter abfallenden Differenzdruck sowie außerdem auch von dem momentanen Zustand des Partikelfilters.It is also preferred an embodiment of the method, which is characterized in that the at least one parameter that enters the loading model is a parameter that is characteristic of combustion conditions in a combustion chamber of the internal combustion engine. In this way, the parameter says something about the development of soot during combustion, which allows conclusions about the soot content in the exhaust gas of the internal combustion engine and thus also allows conclusions about a course of soot loading in the particulate filter. It will be appreciated that such a parameter is independent of the actual differential pressure across the particulate filter, as well as the instantaneous state of the particulate filter.
Alternativ oder zusätzlich ist der wenigstens eine Parameter für das Beladungsmodell ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer Stickoxidkonzentration im Abgas, einem Lambdawert und einer Abgastemperatur. Jeder dieser Werte ist charakteristisch für in einem Brennraum der Brennkraftmaschine vorliegende Verbrennungsbedingungen und sagt somit auch etwas über die Rußbildung während der Verbrennung aus. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, eine Temperatur der Brennkraftmaschine, insbesondere eine Kühlmitteltemperatur derselben, im Rahmen des Beladungsmodells heranzuziehen. Vorzugsweise basiert das Beladungsmodell auf mehr als einem Parameter, insbesondere einer Mehrzahl von Parametern, insbesondere einer Mehrzahl der hier genannten Parameter.Alternatively or additionally, the at least one parameter for the loading model is selected from a group consisting of a nitrogen oxide concentration in the exhaust gas, a lambda value and an exhaust gas temperature. Each of these values is characteristic of combustion conditions present in a combustion chamber of the internal combustion engine and thus also says something about the formation of soot during combustion. Alternatively or additionally, it is also possible to use a temperature of the internal combustion engine, in particular a coolant temperature thereof, in the context of the loading model. Preferably, the loading model is based on more than one parameter, in particular a plurality of parameters, in particular a plurality of the parameters mentioned here.
Das Verfahren wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt, wobei insbesondere auf jedes abgeschlossene vorherbestimmte Zeitintervall mit anschließender Extrapolation und Auswertung des Ergebnisses ein neues vorherbestimmtes Zeitintervall folgt. Auf diese Weise ist es möglich, die Brennkraftmaschine kontinuierlich während des Betriebs zu überwachen.The method is preferably carried out continuously, with a new predetermined time interval in particular following each completed predetermined time interval with subsequent extrapolation and evaluation of the result. In this way, it is possible to continuously monitor the internal combustion engine during operation.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 8 geschaffen wird. Das Steuergerät ist eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei ist es möglich, dass das Steuergerät durch geeignete elektronische Schaltungen, mithin durch eine geeignet ausgebildete Hardware, eingerichtet ist zur Durchführung des Verfahrens, wobei dieses in die Hardware des Steuergeräts implementiert ist. Alternativ ist vorzugsweise ein Steuergerät vorgesehen, in dessen Speicher ein Computerprogrammprodukt geladen ist, das Anweisungen aufweist, aufgrund derer das Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Steuergerät ausgeführt wird. In diesem Fall ist das Steuergerät softwareseitig eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens. In Zusammenhang mit dem Steuergerät verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.The object is also achieved by providing a control device for an internal combustion engine having the features of claim 8. The control unit is set up to carry out a method according to one of the previously described embodiments. In this case, it is possible for the control unit to be set up by suitable electronic circuits, thus by suitably designed hardware, for carrying out the method, this being implemented in the hardware of the control device. Alternatively, a control device is preferably provided in whose memory a computer program product is loaded, which has instructions on the basis of which the method is carried out when the computer program product is executed on the control device. In this case, the control unit is set up on the software side to carry out the method. In connection with the control unit, the advantages that have already been explained in connection with the method are realized.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Diese zeichnet sich durch ein Steuergerät nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aus. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Steuergerät beziehungsweise mit dem Verfahren beschrieben wurden.The object is also achieved by providing an internal combustion engine with a particle filter having the features of
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, bei welchem diese eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Differenzdrucks über dem Partikelfilter aufweist. Vorzugsweise weist die Sensoranordnung einen hierzu ausgebildeten und angeordneten Differenzdrucksensor auf. Alternativ ist es möglich, dass die Sensoranordnung einen ersten Sensor stromaufwärts des Partikelfilters und einen zweiten Sensor stromabwärts des Partikelfilters aufweist. Die Sensoranordnung ist mit dem Steuergerät so wirkverbunden, dass unmittelbar ein Differenzdruck durch den Differenzdrucksensor erfassbar und an das Steuergerät übergebbar ist, oder dass ein erster Druckwert durch den ersten Sensor erfassbar und an das Steuergerät übergebbar ist, wobei ein zweiter Druckwert durch den zweiten Sensor erfassbar und an das Steuergerät übergebbar ist. Das Steuergerät ist in diesem letzten Fall vorzugsweise ausgebildet zur Berechnung des Differenzdrucks aus einer Differenz des ersten Druckwert und des zweiten Druckwerts.An embodiment of the internal combustion engine is preferred in which it has a sensor arrangement for detecting a differential pressure over the particle filter. The sensor arrangement preferably has a differential pressure sensor designed and arranged for this purpose. Alternatively, it is possible for the sensor arrangement to have a first sensor upstream of the particle filter and a second sensor downstream of the particle filter. The sensor arrangement is operatively connected to the control unit in such a way that a differential pressure can be detected directly by the differential pressure sensor and transmitted to the control unit, or a first pressure value can be detected by the first sensor and transmitted to the control unit, wherein a second pressure value can be detected by the second sensor and can be transferred to the control unit. In this last case, the control unit is preferably designed to calculate the differential pressure from a difference between the first pressure value and the second pressure value.
Es wird auch eine Brennkraftmaschine bevorzugt, die wenigstens einen Sensor zur Erfassung des wenigstens einen Parameters für das Beladungsmodell aufweist. Der wenigstens eine Sensor ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Stickoxidsensor, einer Lambdasonde, und einem Temperatursensor, insbesondere einem Abgastemperatursensor. Der wenigstens eine Sensor ist vorzugsweise mit dem Steuergerät wirkverbunden, wobei das Steuergerät eingerichtet ist zur Berechnung des Beladungsmodells auf der Grundlage des von dem wenigstens einen Sensor erfassten wenigstens einen Parameters.An internal combustion engine is also preferred which has at least one sensor for detecting the at least one parameter for the loading model. The at least one sensor is preferably selected from a group consisting of a nitrogen oxide sensor, a lambda probe, and a temperature sensor, in particular an exhaust gas temperature sensor. The at least one sensor is preferably operatively connected to the control unit, wherein the control unit is set up to calculate the loading model on the basis of the at least one parameter detected by the at least one sensor.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is used to drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank. An embodiment of the Internal combustion engine is preferably also stationary, for example, used for stationary power supply in emergency power, continuous load operation or peak load operation, the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. A stationary application of the internal combustion engine for driving auxiliary equipment, such as fire pumps on oil rigs, is possible. Furthermore, an application of the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas, possible. It is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator. The internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas. In particular, when the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
Der Partikelfilter ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Dieselpartikelfilter (DPF) ausgebildet.The particulate filter is formed in a preferred embodiment as a diesel particulate filter (DPF).
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 10 geschaffen wird. Dieses weist Anweisungen auf, aufgrund derer ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, insbesondere wenn das Computerprogrammprodukt – teilweise oder vollständig – in den Speicher eines Computers, insbesondere in den Speicher eines Steuergeräts für eine Brennkraftmaschine, geladen ist, wobei die Anweisungen auf dem Computer, insbesondere auf dem Steuergerät für die Brennkraftmaschine, ausgeführt werden. In Zusammenhang mit dem Computerprogrammprodukt ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.The object is also achieved by providing a computer program product having the features of claim 10. This has instructions on the basis of which a method is carried out according to one of the previously described embodiments, in particular if the computer program product - partially or completely - in the memory of a computer, in particular in the memory of an engine control unit, loaded, the instructions the computer, in particular on the control unit for the internal combustion engine, are executed. The advantages associated with the computer program product have already been explained in connection with the method.
Schließlich wird die Aufgabe auch gelöst, indem ein maschinenlesbares Medium mit den Merkmalen des Anspruchs 11 geschaffen wird. Dieses weist ein Computerprogrammprodukt nach dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel auf. Dabei verwirklichen sich die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren, dem Steuergerät, der Brennkraftmaschine und dem Computerprogrammprodukt erläutert wurden.Finally, the object is also achieved by providing a machine-readable medium having the features of
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Showing:
Es ist eine Sensoranordnung
Ein Steuergerät
Mittels eines Sensors
Im Rahmen des Verfahrens wird durch die Sensoranordnung
An den ersten Rußbeladungsverlauf
Die Geraden
Der erste Wert
Es wird deutlich, dass im Rahmen des Verfahrens vorzugsweise zwei lineare Modelle für die Rußbeladung des Partikelfilters
Anhand der Abweichung der beiden voneinander unabhängigen Modelle in der Zukunft wird festgestellt, ob diese miteinander korrelieren, oder ob sie in erheblicher Weise voneinander abweichen. Dies kann nicht nur zur Feststellung eines Fehlerzustands, sondern auch zu dessen Charakterisierung und vorzugsweise auch zu dessen Identifizierung beitragen.The deviation of the two independent models in the future will determine if they correlate with each other or if they differ significantly. This can contribute not only to the detection of a fault condition but also to its characterization and preferably also to its identification.
Liegt beispielsweise stattdessen der erste Wert
Anhand der
Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens, des Steuergeräts, der Brennkraftmaschine, des Computerprogrammprodukts und des maschinenlesbaren Mediums möglich ist, eine Brennkraftmaschine mit Partikelfilter auf einfache und zugleich zuverlässige Weise zu überwachen, wobei es keiner zeit- und kostenintensiven sowie aufwendigen Kalibration bedarf.Overall, it turns out that with the aid of the method, the control unit, the internal combustion engine, the computer program product and the machine-readable medium, it is possible to monitor an internal combustion engine with particle filter in a simple and reliable manner, whereby no time- and cost-intensive and expensive calibration is required.
Claims (11)
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