DE102017116405A1 - Method for determining the loading of a particulate filter with ash - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Bestimmen der Beladung eines Partikelfilters mit Asche und ein Steuergerät für die Durchführung eines solchen Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen der Beladung eines Partikelfilters mit Asche, wobei der Partikelfilter eine Sauerstoff speichernde katalytische Beschichtung aufweist, umfasst den Schritt, dass die Entladezeit bestimmt wird, in der der im Partikelfilter zuvor gespeicherte Sauerstoff entladen wird, und anhand der Entladezeit die Beladung mit Asche bestimmt wird.The invention relates to methods for determining the loading of a particulate filter with ash and a control device for carrying out such a method. The method according to the invention for determining the loading of a particle filter with ash, wherein the particle filter has an oxygen-storing catalytic coating, comprises the step of determining the discharge time in which the oxygen previously stored in the particle filter is discharged, and the charge on the basis of the discharge time Ash is determined.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Bestimmen der Beladung eines Partikelfilters mit Asche und ein Steuergerät für die Durchführung eines solchen Verfahrens. The invention relates to methods for determining the loading of a particulate filter with ash and a control device for carrying out such a method.

Die WO2014178633A1 und die WO2017109514A1 offenbaren Partikelfilter, die eine sauerstoffspeichernde Beschichtung aufweisen. Die DE102014209810A1 offenbart ein Verfahren, mittels dem über eine Differenzdruckmessung die Beladung eines Partikelfilters mit Asche bestimmt werden kann. Die JP2016136011A offenbart ein Verfahren, mit dem die Beladung eines Partikelfilters mit Asche über die zurückgelegte Strecke bestimmt werden kann. Die US20170182447A1 offenbart, die Beladung eines Partikelfilters mit Asche mittels elektromagnetischen Wellen zu bestimmen. The WO2014178633A1 and the WO2017109514A1 disclose particulate filters having an oxygen-storing coating. The DE102014209810A1 discloses a method by means of which the loading of a particle filter with ash can be determined by means of a differential pressure measurement. The JP2016136011A discloses a method by which the loading of a particulate filter with ash over the distance covered can be determined. The US20170182447A1 discloses to determine the loading of a particulate filter with ash by means of electromagnetic waves.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen der Beladung eines Partikelfilters mit Asche, wobei der Partikelfilter eine Sauerstoff speichernde katalytische Beschichtung aufweist, umfasst den Schritt, dass die Entladezeit bestimmt wird, in der der im Partikelfilter zuvor gespeicherte Sauerstoff entladen wird, und anhand der Entladezeit die Beladung mit Asche bestimmt wird. The method according to the invention for determining the loading of a particle filter with ash, wherein the particle filter has an oxygen-storing catalytic coating, comprises the step of determining the discharge time in which the oxygen previously stored in the particle filter is discharged, and the charge on the basis of the discharge time Ash is determined.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass eine Beladung mit Asche Auswirkungen auf die Entladezeit des Partikelfilters hat. Damit eignet sich eine Messung der Entladezeit, die Aschebeladung zu bestimmen. Die Beladung mit Asche kann die Bestimmung einer Beladung des Partikelfilters mit Ruß beeinflussen. Möglicher Vorteil der Erfindung ist daher, dass die bestimmte Aschebeladung bei der Bestimmung einer Rußbeladung berücksichtigt werden kann, um eine Regenerationsstrategie für den Partikelfilter zu verbessern, beispielsweise dadurch, dass der Zeitpunkt einer Regeneration des Partikelfilters genauer ermittelt werden kann. Ein weiterer möglicher Vorteil ist, den Wert für die Aschebeladung für Diagnosezwecke zu verwenden, beispielsweise für die Ermittlung des Zustands des Partikelfilters. In the context of the invention it has been recognized that loading with ash has an effect on the discharge time of the particulate filter. This makes it possible to measure the discharge time to determine the ash load. The ash loading may affect the determination of particulate filter loading with soot. A possible advantage of the invention is therefore that the determined ash charge can be taken into account in the determination of a soot load in order to improve a regeneration strategy for the particulate filter, for example by the fact that the time of regeneration of the particulate filter can be determined more accurately. Another possible advantage is to use the value for the ash charge for diagnostic purposes, for example for determining the state of the particulate filter.

Die Asche besteht in der Regel aus Verbrennungsrückständen von Öl, der Ruß entsteht aus Rückständen der Verbrennung von Treibstoff. Bei dem Partikelfilter handelt es sich vorzugsweise um einen Partikelfilter für den Einsatz in Abgasnachbehandlungssystemen für Ottomotoren. Besonders bevorzugt ist, dass der Partikelfilter Teil eines Vier-Wege-Katalysators ist. Der Partikelfilter ermöglicht aufgrund der katalytischen Beschichtung, dass auf einen zusätzlichen Katalysator möglicherweise verzichtet werden kann, was ermöglicht, den Bedarf an Bauraum zu reduzieren. Bei der Beschichtung kann es sich um für derartige Partikelfilter üblicherweise eingesetzte Beschichtungen basierend auf Aluminiumoxiden oder Ceroxiden handeln. Ashes usually consist of combustion residues of oil, and soot is the result of fuel combustion. The particulate filter is preferably a particulate filter for use in exhaust aftertreatment systems for gasoline engines. It is particularly preferred that the particle filter is part of a four-way catalyst. Due to the catalytic coating, the particulate filter makes it possible to dispense with an additional catalyst, which makes it possible to reduce the space requirement. The coating can be coatings typically used for such particulate filters based on aluminum oxides or cerium oxides.

Vorteilhafterweise wird die Entladezeit anhand eines Lambda-Sprungs in Flussrichtung eines Abgases stromabwärts des Partikelfilters bestimmt. Die Entladezeit gibt die Zeit an, in der der mit Sauerstoff teilweise oder vollständig beladene Partikelfilter zumindest teilweise entladen wird. Dazu wird vorteilhafterweise eine üblicherweise bereits im Abgasnachbehandlungssystem vorgesehene Lambdasonde eingesetzt, zusätzliche Sensorik ist damit nicht notwendig. Die Entladezeit kann durch den Zeitraum zwischen verschiedenen Punkten bestimmt werden, beispielsweise zwischen dem Beginn der Entladung und dem Einsatz des Sprungs oder an einer Flanke des Sprungs. Die so gemessene Entladezeit kann mit einem Referenzwert verglichen werden. Das Ergebnis des Vergleichs ermöglicht einen Rückschluss auf die Beladung mit Asche. Advantageously, the discharge time is determined based on a lambda jump in the flow direction of an exhaust gas downstream of the particulate filter. The discharge time indicates the time during which the partially or completely charged particle filter is at least partially discharged. For this purpose, a lambda probe, which is usually already provided in the exhaust aftertreatment system, is advantageously used; additional sensor technology is therefore not necessary. Discharge time may be determined by the time period between different points, for example between the beginning of the discharge and the application of the jump or on an edge of the jump. The discharge time measured in this way can be compared with a reference value. The result of the comparison allows a conclusion on the loading of ash.

Das erfindungsgemäße Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor ist eingerichtet, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen. The control device according to the invention for a motor vehicle with an internal combustion engine is set up to carry out a method according to one of the preceding claims.

Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. The dependent claims describe further advantageous embodiments of the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt Preferred embodiments will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows

1 einen Ausschnitt eines Abgasnachbehandlungssystems, 1 a section of an exhaust aftertreatment system,

2 einen Diagramm, dass den stromabwärts des Partikelfilters bestimmten Lambdawert während und nach der Entladung darstellt. 2 a diagram illustrating the lambda value determined downstream of the particulate filter during and after discharge.

Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines Abgasnachbehandlungssystems. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst einen Vier-Wege-Katalysator 1 mit einem eine Sauerstoff speichernde katalytische Beschichtung aufweisenden Partikelfilter. Des Weiteren umfasst das Abgasnachbehandlungssystem eine stromabwärts der Katalysators 1 angeordnete Lambdasonde 2 zum Messen eines Lambdawertes, und ein Steuergerät 3 zum Bestimmen einer Aschebeladung und zum Bestimmen einer Rußbeladung. Das Steuergerät 3 ist mit dem Lambdasensor 2 verbunden. Das Abgasnachbehandlungssystem ist ein System für die Abgasnachbehandlung von Abgas eines Ottomotors. The 1 shows a section of an exhaust aftertreatment system. The exhaust aftertreatment system includes a four-way catalyst 1 with a particulate filter having an oxygen-storing catalytic coating. Further, the exhaust aftertreatment system includes a downstream of the catalyst 1 arranged lambda probe 2 for measuring a lambda value, and a controller 3 for determining an ash charge and determining a soot load. The control unit 3 is with the lambda sensor 2 connected. The exhaust aftertreatment system is a system for the exhaust aftertreatment of exhaust gas of a gasoline engine.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Entladezeit bestimmt, in der der im Partikelfilter zuvor gespeicherte Sauerstoff entladen wird. Anhand der Entladezeit wird die Beladung mit Asche bestimmt. Das Verfahren wird durch das Steuergerät 3 durchgeführt, das ein entsprechendes Programm aufweist. Hierzu wird die Entladezeit anhand eines Lambda-Sprungs stromabwärts des Partikelfilters bestimmt. Der Lambdawert wird mit der Lambdasonde 2 gemessen. Die Aschebeladung wird durch Vergleich der bestimmten Entladezeit mit einem Referenzwert ermittelt. According to one embodiment of a method according to the invention, the discharge time is determined, in which the oxygen previously stored in the particle filter is discharged. Based on the unloading time, the load of ash is determined. The Procedure is by the control unit 3 performed, which has a corresponding program. For this purpose, the discharge time is determined based on a lambda jump downstream of the particulate filter. The lambda value is with the lambda probe 2 measured. The ash load is determined by comparing the determined discharge time with a reference value.

Verfahrensgemäß geht der Entladung eine Regeneration des Partikelfilters, also eine Verbrennung des sich im Partikelfilter befindenden Rußes, und eine Beladung des Partikelfilters mit Sauerstoff voraus. Die Beladung erfolgt durch den Betrieb mit einem sauerstoffreichen Gemisch (Lambda > 1). Im Betrieb kann dies beispielsweise während eines Leerlaufs des Verbrennungsmotors, beispielsweise während einer Abfahrt, erfolgen. Ist die sauerstoffspeichernde Beschichtung mit Sauerstoff beladen, vorzugsweise vollständig beladen, erfolgt in einem zeitlich nachfolgenden Schritt die Entladung des Partikelfilters. Hierzu erfolgt der Betrieb mit einem sauerstoffarmen, also kraftstoffreichen Gemisch (Lambda < 1). Solange im Partikelfilter gespeicherter Sauerstoff mit dem kraftstoffreichen Gemisch reagieren kann, bleibt der stromabwärts des Lambdasensors gemessene Lambdawert erhöht, siehe 2. Kann der im Partikelfilter gespeicherte Sauerstoff nicht mehr reagieren, sinkt der Lambdawert, es kommt zu einem Sprung. Der Zeitabschnitt zwischen dem Beginn der Entladung A und dem Sprung B ist ein Maß für die Entladezeit. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Entladezeit der Zeitabschnitt zwischen dem Beginn der Entladung und dem Zeitpunkt, an dem sich in der Flanke des Sprungs die Steigung umkehrt. Es können aber auch andere charakteristische Zeitpunkte für die Bestimmung einer Entladezeit verwendet werden. According to the method, the discharge is preceded by a regeneration of the particle filter, that is to say a combustion of the soot present in the particle filter, and a loading of the particle filter with oxygen. The loading is carried out by operation with an oxygen-rich mixture (lambda> 1). In operation, this can be done, for example, during idling of the internal combustion engine, for example during a descent. If the oxygen-storing coating is loaded with oxygen, preferably completely laden, the discharge of the particle filter takes place in a temporally subsequent step. For this purpose, the operation is carried out with a low-oxygen, ie fuel-rich mixture (lambda <1). As long as oxygen stored in the particulate filter can react with the fuel-rich mixture, the lambda value measured downstream of the lambda sensor remains elevated, see 2 , If the oxygen stored in the particle filter can no longer react, the lambda value drops and a jump occurs. The time period between the beginning of the discharge A and the jump B is a measure of the discharge time. In this embodiment, the discharge time is the period between the beginning of the discharge and the time at which the slope reverses in the slope of the jump. However, other characteristic times can also be used for determining a discharge time.

In diesem Falle wird die Aschebeladung anhand einer Tabelle bestimmt, die für unterschiedliche Entladezeiten einen Wert für die Aschebeladung angibt. Die Tabellenwerte wurden zuvor über ein Modell oder über Referenzmessungen bestimmt. Ein weiteres Beispiel ist, die Aschebeladung anhand eines Modells zu bestimmen, in dem die Entladezeit als Parameter eingeht. In this case, the ash load is determined from a table that indicates a value for the ash load for different discharge times. The table values were previously determined via a model or via reference measurements. Another example is to determine the ash load using a model in which the discharge time is taken as a parameter.

Die bestimmte Aschebeladung wird vorzugsweise bei der Bestimmung einer Rußbeladung des Partikelfilters verwendet. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Aschebeladung für die Bestimmung einer Sauerstoffspeicherfähigkeit des Partikelfilters, insbesondere einer Verschlechterung der Sauerstoffspeicherfähigkeit, oder für Diagnosezwecke zu verwenden. The particular ash charge is preferably used in determining soot loading of the particulate filter. Alternatively or additionally, it is possible to use the ash charge for the determination of an oxygen storage capacity of the particulate filter, in particular a deterioration of the oxygen storage capacity, or for diagnostic purposes.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei der Bestimmung der Aschebeladung eine Alterung des Partikelfilters berücksichtigt. Dies kann beispielsweise über eine Tabelle oder ein Modell erfolgen. Dazu können auf an sich bekannte Verfahren zur Bestimmung der Alterung zurückgegriffen werden. In a preferred embodiment, an aging of the particulate filter is taken into account in the determination of the ash charge. This can be done for example via a table or a model. For this purpose, recourse can be had to methods known per se for determining the aging.

Des Weiteren ist es möglich, die Aschebeladung zusätzlich über mindestens ein weiteres, vom Ansatz her unterschiedliches Verfahren zu bestimmen. In Frage kommen beispielsweise eine Bestimmung der Aschebeladung über eine Differenzdruckmessung über den Filter, über die Berücksichtigung des Ölverbrauchs, oder über ein Verfahren, dass auf Mikrowellen basiert. Dies ermöglicht es, durch Mittelwertbildung oder durch Ausschluss von Ergebnissen, die außerhalb eines Toleranzbandes liegen, die Genauigkeit der Bestimmung der Aschebeladung zu erhöhen und damit beispielsweise Regenerationsstrategien zu optimieren. Furthermore, it is possible to additionally determine the ash charge by means of at least one further process, which is different from the batch. For example, a determination of the ash charge via a differential pressure measurement over the filter, on the consideration of the oil consumption, or a method that is based on microwaves come into question. This makes it possible to increase the accuracy of the determination of the ash charge by averaging or by excluding results which are outside of a tolerance band, and thus to optimize regeneration strategies, for example.

Ebenfalls ist es möglich, falls die so bestimmte Aschebeladung bei der Bestimmung einer Sauerstoffspeicherfähigkeit berücksichtigt wurde, das Ergebnis mit mit dem Ergebnis anderer Methoden für die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit zu vergleichen und/oder zu kombinieren. It is also possible, if the thus determined ash charge was taken into account in the determination of an oxygen storage capacity, to compare and / or combine the result with the result of other methods for determining the oxygen storage capacity.

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  • WO 2017109514 A1 [0002] WO 2017109514 A1 [0002]
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  • JP 2016136011 A [0002] JP 2016136011 A [0002]
  • US 20170182447 A1 [0002] US 20170182447 A1 [0002]

Claims (10)

Verfahren zum Bestimmen der Beladung eines Partikelfilters mit Asche, wobei der Partikelfilter eine Sauerstoff speichernde katalytische Beschichtung aufweist, umfassend den Schritt, dass die Entladezeit bestimmt wird, in der der im Partikelfilter zuvor gespeicherte Sauerstoff entladen wird, und anhand der Entladezeit die Beladung mit Asche bestimmt wird.  A method of determining the loading of a particulate filter with ash, the particulate filter having an oxygen-storing catalytic coating comprising the step of determining the discharge time in which the oxygen previously stored in the particulate filter is discharged and determining the ash loading based on the discharge time becomes. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entladezeit anhand eines Lambda-Sprungs stromabwärts des Partikelfilters bestimmt wird. The method of claim 1, wherein the discharge time is determined based on a lambda jump downstream of the particulate filter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beladung durch Vergleich der bestimmten Entladezeit mit einem Referenzwert ermittelt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the load is determined by comparing the determined discharge time with a reference value. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Referenzwert einem mit Asche unbeladenen Zustand des Partikelfilters entspricht. The method of claim 3, wherein the reference value corresponds to an ash-unloaded state of the particulate filter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Entladen der Partikelfilter im Wesentlichen vollständig mit Sauerstoff beladen wird. Method according to one of the preceding claims, wherein before unloading the particulate filter is substantially completely loaded with oxygen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vorab ein eine Regeneration des Partikelfilters erfolgt. Method according to one of the preceding claims, wherein a regeneration of the particulate filter takes place beforehand. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Alterung des Partikelfilters bei der Bestimmung der Aschebeladung berücksichtigt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein an aging of the particulate filter is taken into account in the determination of the ash charge. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beladung des Partikelfilters über ein weiteres Verfahren bestimmt wird, und bei der Bestimmung der Beladung die Ergebnisse beider Verfahren berücksichtigt werden. Method according to one of the preceding claims, wherein the loading of the particulate filter is determined by a further method, and in the determination of the loading, the results of both methods are taken into account. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der für die Beladung mit Asche bestimmte Wert für eine Bestimmung der Beladung des Partikelfilters mit Ruß, einer Sauerstoffspeicherfähigkeit des Partikelfilters und/oder für eine Diagnose des Partikelfilters verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the value determined for the loading of ash for a determination of the loading of the particulate filter with carbon black, an oxygen storage capacity of the particulate filter and / or for a diagnosis of the particulate filter is used. Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, eingerichtet mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Control device for a motor vehicle with an internal combustion engine, set up with a method according to one of the preceding claims.
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